域涵盖台北市、新北市、桃园市、新竹县，主流发源于大霸尖山。主要支流有基隆河、大汉溪、新店溪。狭义的淡水河是指大汉溪与新店溪于板桥江子翠汇流至淡水油车口出海口的河段。基隆河发源于新北市平溪区菁桐坑，往东北东流经瑞芳区，在基隆市暖暖区附近转向西流。穿越汐止区之后进入台北盆地。淡水河是北部地区的主要供水河流之一。大汉溪上游有石门水库。新店溪的支流北势溪有翡翠水库。另外，基隆河流域有新山水库。大汉溪发源于雪山山脉布秀兰山、品田山间，此段称为塔克金溪，到复兴区时改称大汉溪，转西行，汇集三光溪后入石门水库，