Die Quellbäche des Brexbach, der „Vorderste Bach“ und der „Hinterste Bach“, entspringen der bewaldeten Montabaurer Höhe. Die Lage im Naturraum südwestlicher Niederwesterwald entspricht der Kulturlandschaft des Kannenbäckerlands. Das Wassereinzugsbebiet des Brexbach umfasst 53,476 Quadratkilometer, die Länge des Brexbachlaufs beträgt 21,7 Kilometer.
Die Quelle der Brexbachs als „Hinterster Bach“ liegt östlich von Höhr-Grenzhausen auf einer Höhe von 451 Metern über NN. Bis zur Mündung in den Saynbach am „Sayner Eck“ im Park von Schloss Sayn besteht ein Höhenunterschied von 378 Metern. Der Saynbach wiederum mündet nach ca. 1,5 Kilometern im Bendorfer Hafengebiet in den Rhein.

Ab Grenzau stromabwärts in Richtung Bendorf-Sayn am Rhein beginnt das eigentliche, charakteristische, wildromantische Brexbachtal. Es ist aufgrund der tektonischen Entstehung teilweise schluchtenartig geformt. Der Bachlauf ist unbefestigt und verläuft natürlich leicht mäandrierend.
An den Steilhängen wird das Ausgangsgestein, der vom Mittelrheintal bekannte Tonschiefer, teilweise an der Oberfläche gut sichtbar. Ökologisch sehr wertvolle Schlucht- und Hangmischwälder sowie ausgedehnte Buchenwälder prägen die Talflanken.
In der Talsohle befindet sich nahe des Bachlaufs der vorwiegend durch Schwarzerlen bestehende Weichholzauwald. Die Auwaldbereiche wechseln sich mit feuchten Hochstaudenfluren ab. Das sind nährstoffreiche, offenere oder gering bewaldete Abschnitte entlang des Bachs. Charakteristische Arten sind z.B. Heilpflanzen wie Mädesüß und Wasserdost, aber auch seltenere Insektenarten wie die Grüne Keiljungfer kommen vor.

Als Zeugnis der wirtschaftlichen Verbindung der Rheinachse mit dem Westerwald besteht im gesamten Bachtal noch die stillgelegte Eisenbahntrasse, die Brexbachtalbahn („Die Brex“). Hier wurde vor allem Tonaushub aus den Tongruben des Kannenbäckerlands mit der Eisenbahn verfrachtet. Tunneleingänge und Viadukte sowie die Gleistrasse sind zu sehen.
Das Pfadfinderlager St. Georg erstreckt sich am unteren Teil des Brexbachtals über 3 Kilometer Länge mit zahlreichen Zeltwiesen und mehreren Hütten.
Auf Höhe der Abtei Sayn mündet das Brexbachtal in das historisch gewachsene Altsayn. Der Kletterwald Sayn liegt ganz nahe der Abtei Sayn am unteren Ende des Brexbachtals auf der linken Talseite Richtung Meisenhof.
Am Talende steht auf der rechten Seite der Burgberg mit der Burg Sayn, unmittelbar unterhalb liegt das Schloss Sayn, direkt gegenüber des Sayner Schlossparks.

(Karolina Paus, Universität Koblenz-Landau, 2015 / Johannes Biwer, Revierleiter Forstrevier Bendorf, 2018)