Le débit de la Big Sioux a été mesuré de façon continue depuis 1929 à Akron, à proximité de son embouchure. La rivière y draine une surface de et son débit moyen annuel s'élève à /s. La tranche d'eau écoulée annuellement dans son bassin versant est de seulement . Le débit de la rivière manque de pondération en raison de l'alternance des années de pluie et de sécheresse qui caractérisent la région. En 1931, année de l'épisode du Dust Bowl, le débit annuel de la rivière n'a été que de /s, contre /s en 1993, année d'importantes inondations dans le midwest. Le débit instantané record est de /s mesuré le et le débit mensuel record de /s mesuré en .