Река Осиновка протекает в волжском Правобережье по территории Аткарского района, левый приток Медведицы. Осиновка вытекает из пруда на высоте 231 м над уровнем моря около юго-восточной окраины села Большая Осиновка. Русло Осиновки несколько раз меняет направление с северо-западного на юго-западное и обратно, его общая протяжённость составляет 24 километра. Водосборная площадь реки равна 143 квадратным километрам, бассейновый округ Донской, в верхнем и среднем течении река запружена для хозяйственных нужд. К западу от села Новая Осиновка теряется в озёрах левобережья Медведицы на высоте 145 м над уровнем моря. Осиновка, названная так очевидно из-за произраставших вокруг неё осиновых рощ, дала имена всем населённым пунктам, расположенным у её берегов. К северу от села Малая Осиновка слева воды Осиновки пополняет безымянный ручей.
Река берёт начало на юго-восточной окраине села Большая Осиновка, откуда протекает мимо ныне исчезнувшей деревни Куткино и впадает в Медведицу чуть севернее Новой Осиновки.
По данным государственного водного реестра России относится к Донскому бассейновому округу, водохозяйственный участок реки — Медведица от истока до впадения реки Терса, речной подбассейн реки — Дон между впадением Хопра и Северского Донца. Речной бассейн реки — Дон (российская часть бассейна).