大兴安岭有以黑龙江、嫩江为主的水系,以伊勒呼里山为分水岭,岭北为黑龙江水系,岭南为嫩江水系。主要河流有多古河、呼玛河、塔河、多布库尔河、甘河,流域面积50km²以上河流154条,流域面积1000km²以上河流有28条。大兴安岭河流河谷开阔,河床蜿年平均水面蒸发量为582mm,1月份最小,5月份最大。黑龙江水系各河流年均径流量为125.9亿立方米。嫩江水系径流总量为44.2亿立方米。大兴安岭水资源人均占有量为35093m³,是全国平均水平的10倍以上。大兴安岭地表水资源量最多,年径流深为262.4mm,折合水量为170.09亿立方米,地下水资源量相对较少,地下水位从年初呈缓慢下降趋势,在3~5月份地下水位最低,此后降水量不断增加,地下水位普遍开始抬高,8~9月份地下水位达到全年的最高值后,又逐渐消退。河流水量主要集中于夏汛雨季。当年11月至次年4月为封冻期,河流水量主要靠地下水补给,水分逐渐减少,一些中、小河流发生断流或连底冻现象。但降雪及冰冻也为河流储蓄了一定的水量,到了春季气温回升,地面积雪、冰冻融化,汇入河流,则河流水量骤增,尤其发源于大兴安岭东侧和伊勒呼里山北侧的河流表现明显,常常形成春汛,出现当年最高洪水,径流的时空分布不均,年内及年际变化很大,在全年径流中雨水补给约占75%~80%,融雪补给约占20%~25%。