Þorvaldsdalsá rennur eftir Þorvaldsdal sem er lítill dalur við vestanverðan Eyjafjörð sem gengur upp af Árskógsströnd og klýfur hálendið vestan Kötlufjalls og allt til Fornhaga í Hörgárdal. Áin rennur í sjó fram hjá Litla-Árskógssandi.

Engin byggð er nú í Þorvaldsdal sem nú er afréttardalur, en þar voru a. m. k. níu bæir til forna og sumir byggðir fyrir fáum áratugum. Kirkja mun hafa verið þar til forna, kennd við Þórhall og Hávarð. Nú er kirkja í Stærra-Árskógi. Þorvaldsdalsá er fiskgeng frá sjó og langt fram í óbyggðan Þorvaldsdal, að undanteknum fossi skammt frá þjóðveginum um Árskógsströnd. Þessi foss var fyrrum bæði hærri en hann er nú og féll þá lóðrétt niður í djúpan fosshyl. Nú hefur vatnið sorfið og brotið bergið niður, svo að þar er nú fremur ströng flúð en foss.