Der Zimmerbach entsteht ca. 0,7 km westnordwestlich des Weilers Kemmeten im kleinen Waldzipfel Kühhaus dicht an der Stadtgrenze zur Neureuter Stadtteilgemarkung von Neuenstein. Nach wenigen Schritten seines anfangs westlichen Laufs tritt der Bach aus dem Wald, wird aber rechts nicht sehr fern vom Wald weiter begleitet. Nach etwa 600 Metern überquert ein Feldweg die Trasse, hier tritt nun links der Wald Etzweide ebenfalls nah an den Lauf. Ab dieser Waldenge wechselt der Bach aufs Gebiet der Stadt Niedernhall, eine Baumschule liegt überwiegend am linken Ufer und er wendet sich auf nordwestlichen Lauf, dabei passiert er die Gewerbezone des Wohnplatzes Waldzimmern rechts des Laufs und durchläuft zwei Teiche. Nachdem er den Wohnplatz selbst passiert hat, fließt er ab der Burgruine Waldzimmern nun westwärts auf inzwischen noch etwa 324 m ü. NHN unter der L 1044 hindurch und wechselt aus der Rodungsbucht um Waldzimmern in sein nun mehr und mehr eingetieftes Waldtal. Darin fließt er nach zuvor lange recht geradem Grabenlauf nun mit kleinen natürlichen Richtungswechseln immer mehr südwestwärts, vorbei am Schellenberg links und den gegenüberliegenden Waldgewannen Alte Kuhtränke bis zum Zulauf seines längsten Zuflusses aus Richtung der Niedernhaller Giebelhöfe im Norden, dann weiter der Heimat bis zum nächsten größeren Nebenbach, der den Weiher bei Schloss Hermersberg entwässert, zuallerletzt bis zur Mündung des Heuschopfs und des Brenntenbergs. In der schmalen offenen Aue dieses kleinen Flusses mündet er dann neben einer Feldwegquerung von rechts in die untere Kupfer. Der Zimmerbach ist 4,5 km lang und mündet nach dieser Strecke etwa 135 Höhenmeter unterhalb seines Ursprungs, sein mittleres Sohlgefälle liegt damit bei etwa 30 ‰. Der Zimmerbach hat ein 6,8 km² großes Einzugsgebiet, das in naturräumlicher Sicht in Gänze zum Unterraum Ohrnwaldriedel der Kocher-Jagst-Ebenen zählt. Wegen größerer Zuflüsse nur von der Nordseite her ist das Einzugsgebiet stark rechtslastig. Geologisch gesehen beginnt der Bach seinen Lauf just noch im Bereich einer quartär abgelagerten Lösssediment-Insel bei Kemmeten und wechselt dann schnell in den darunterliegenden tertiären Lettenkeuper (Erfurt-Formation). Nach Waldzimmern etwa ab der Landesstraße L 1044 gräbt sich der Bach nach knapp der Hälfte seines Laufes in den Oberen Muschelkalk ein, in dem er bis hin zu seiner Mündung fließt. Etliche Dolines zeigen die Verkarstung des Muschelkalks an. Auf den höchsten Bereichen des nördlichen Einzugsgebietes liegt gleichfalls eine große Lösssedimentinsel. Eine von Kemmeten im Südwesten in Richtung Niedernhall im Nordosten ziehende Störungslinie mit der Hochscholle auf der Zimmerbach-Seite berührt das oberste Einzugsgebiet, verläuft aber größtenteils im Nachbareinzugsgebiet des Forellenbachs. Der höchste Punkt im Einzugsgebiet liegt an seiner Ostspitze auf etwa 390 m ü. NN wenig nördlich von Kemmeten nahe dem Wasserreservoir. Hinter der dort ansetzenden südlichen und linken Wasserscheide konkurrieren nacheinander der Pfaffengraben und ein weiterer, kleinerer Zufluss des Kuhbachs, danach weitere unmittelbare rechte Zuflüsse der Kupfer abwärts der Kuhbach-Mündung bis hinunter zu der des Zimmerbachs. Von dieser an läuft die Grenze zunächst etwa nordwärts bis zu den Niedernhaller Giebelhöfen; außerhalb sind hier neben der Kupfer selbst deren rechte Bäche aus der Kammerbergsklinge und aus Richtung der Waldlichtung Kohlplatte die einzigen nennenswerten Konkurrenten. An den Giebelhöfen beginnt die nördliche Wasserscheide, hinter der das Gelände schnell ins Tal des Kochers abfällt. Hier reicht das Einzugsgebiet bis an den Südrand der Höhensiedlung von Niedernhall, die nördliche Wasserscheide reicht bis an den nur zum Taleinschnitt des Konkurrenten Forellenbach. Auf diesem Kamm läuft dann nahe am Forellenbach das letzte Stück nordöstlicher Wasserscheide zurück bis zum höchsten Punkt beim Wasserreservoir von Kemmeten. Vom Ursprung an grenzen anfangs rechts die Gaisbacher Stadtteilgemarkung von Künzelsau und links die Neureuter Stadtteilgemarkung von Neuenstein an den Bach. Schon vor Waldzimmern und fast bis zur Mündung läuft der Zimmerbach dann in der Gemarkung von Niedernhall, zu der auch der bei weitem größte Teil des Einzugsgebietes gehört und die drei einzigen Orte darin, der Wohnplatz Waldzimmern rechts am Ufer an beginnenden Mittellauf, der Weiler Giebelhöfe an der nördlichen Wasserscheide sowie der Weiler Hermersberg am Beginn des letzten rechten Zuflusses. Erst seine allerletzten hundert Meter in der offenen Flussaue läuft der Zimmerbach über wieder Neureuter Gemarkung. Fast zwei Drittel des Einzugsgebietes sind bewaldet, vorwiegend mit Laubbäumen. Die offenen Anteile liegen überwiegend um die Giebelhöfe und um Hermersberg auf dem Bergrücken rechts des Laufs vor dem Kochertal, wo die Felder stark dominieren, zum geringeren Teil in einem Schlauch beidseits der Oberlaufs bis nach Waldzimmern, wo eine Baumschule den größeren Teil der Fläche einnimmt. Der Zimmerbach ist auf seiner zweiten Laufhälfte ab seiner Querung der Landesstraße ein unverbauter, natürlich mäandrierender Bach, der stellenweise über Muschelkalkplatten läuft und auf dessen Sohle auch oft Blockschutt liegt. Das Wasser der kleinen Hangquellen erreicht dem Bach streckenweise über den unterirdischen Karstwasserleiter. Ab dem längsten Zufluss von Norden aus Richtung der Giebelhöfe gehört das Tal zum Landschaftsschutzgebiet Kupfertal.