Ручей, названный в честь помора или саама по имени Фадей (Фаддей), промышлявшего здесь рыбой, начинается ещё за формальными границами Мурманска – в озере Верхнее Фадеевское. В верхнем течении протекает в основном в юго-западном направлении. Здесь он проходит 2 небольших озера (Среднее и Нижнее Фадеевское) и принимает несколько малых притоков. После пересечения ручья Восточно-Объездной автодороги (часть трассы «Кола») меняет направление на преимущественно западное. У пересечения с Кольским проспектом принимает левый безымянный приток, берущий начало в Глубоком озере. Впадает в Кольский залив Баренцева моря, в 100 м южнее моста через залив.
По ручью названо одноимённое село Фадеев Ручей, которое было образовано в Кольском районе в 1932 году. В 1934 году в селе на берегу ручья был построен кирпичный завод. В годы советско-финской войны (1939—1940) в селе были организованы воинские части. В 1958 году село было включено в состав Мурманска, став его микрорайоном. По ручью в городе также названа улица Фадеев Ручей в микрорайоне.