La ZNIEFF « Vallée du Rieu Sec » est située au nord du département de l'Aude et de la ville de Carcassonne. Elle s'étend sur une partie de la vallée de la rivière du Rieu Sec, un affluent de l'Orbiel, entre les villages de Villardonnel et Salsigne. Elle englobe également plusieurs de ses affluents dont les principaux sont le ruisseau de Malabau, le ruisseau de Lacalm, le ruisseau de Villande, le ruisseau de l'Homme et le ruisseau des Bagnadous. Le territoire défini occupe une superficie de près de 1475 hectares et son altitude varie entre 190 et 475 mètres.
Le périmètre de la ZNIEFF est matérialisé par une succession de voies de communications (routes, pistes et chemins), de limites de milieux (lisières, zones cultivées), des limites de parcelles et des thalwegs :
Ces délimitations englobent la totalité ou l'aval des affluents de tête de bassin donnant naissance au Rieu Sec entre le Cammazou (au nord de la mine d'Or de Salsigne) et la Pièce des Barthes.