Der Mühlenbach entspringt in Ungarten auf Höhe der Ungartenstraße / Löwenburgstraße und mündet nach 8.520 Metern zwischen Schwarz-Rheindorf und der Nordbrücke bei Rheinkilometer 656,58 in den Rhein. Auf seiner gesamten Länge verlässt der Mühlenbach nicht das Bonner Stadtgebiet und trägt vier unterschiedliche Namen: Vilicher-, Mühlen-, Holtorfer- und Wielesbach.
Fast im gesamten Stadtgebiet der Bundesstadt Bonn, insbesondere in den Siedlungsräumen, ist der Mühlenbach seines natürlichem Bachbetts beraubt und fließt unterirdisch bzw. durch begradigte Kanäle. Im Bereich des Ortsteils Vilich-Müldorf wurde er jedoch in der Mitte der 1990-er Jahre renaturiert. Er fließt hier auf einer Länge von ca. 300 Metern zwischen Stadtbahnhaltestelle und Beueler Straße oberirdisch in einem natürlich gestalteten Bachbett.
Als Besonderheit im Mühlenbach konnte man bis 2007 die Fischaufstiegsanlage nennen, die man wohl einzigartig im Stadtgebiet war. Bei der Vilich-Müldorfer Fischaufstiegsanlage die 1995 eingeweiht wurde und sich auf Höhe der Karl-Lambertz-Straße befand, handelte es sich um einen sogenannten Tümpelpass. Dies ist eine der bei uns bekanntesten Fischwanderhilfen.
Die Fischwanderhilfe in Vilich-Müldorf bestand aus vier Stufen, die nicht höher als 20 Zentimeter waren. Vor jeder Stufe befand sich ein kleines Becken („Tümpel"), in dem die Fische zum Kräfte sammeln verweilen konnten. Mit Hilfe der Fischaufstiegsanlage hätten die im Bach beheimateten Gründlinge, Eschen und Bachforellen einen Höhenunterschied von ca. 80 Zentimetern bewältigen können.
Im Jahr 2007/2008 wurde die technische Kaskade im Mühlenbach im Rahmen der Gewässerunterhaltung zu einer rauen Sohlrampe (Neigung 1:10) umgebaut. Durch Sohlrampen wird einerseits ein nahezu ungehinderter Fischaufstieg gewährleistet, aber auch die Tiefenerosion im Flussbett eingeschränkt. Der Höhenunterschied wird im Mühlenbach, wie bei einer Sohlrampe üblich, nun durch eine durch Steine geschaffene künstliche Stromschnelle überwunden.
Eine größere Fischaufstiegsanlage befindet sich noch heute an der Sieg, am Buisdorfer Wehr. Diese Anlage wurde u. a. für Lachse angelegt.
