主要河流有20条,分为三大水系,分别是南部正蓝旗、多伦县境内的滦河水系,中部的呼尔查干淖尔湖水系,东北部的乌拉盖水系。乌拉盖河是锡盟最大河流,全长548公里,发源于东乌珠穆沁旗宝格达山,由东向西注入乌拉盖湖。锡林河发源于赤峰克什克腾旗,流注入锡林浩特市境内查干淖尔。锡盟有大小湖泊470余个,总面积500平方公里。
锡林郭勒草原是内蒙古草原的主要天然草场之一,是华北地区重要的生态屏障,是距首都北京最近的草原牧区,境内有全国唯一被联合国教科文组织纳入国际生物圈监测体系的锡林郭勒国家级草原自然保护区。