En Santa Catarina se encuentra dos de los principales ríos de San Luis Potosí, el río Verde y el río Santa María; el río Verde se localiza en el norte del municipio y proviene del vecino municipio de Lagunillas, tiene un sentido oeste-este y forma el límite municipal con Tamasopo, por su parte el río Santa María se encuentra el sur y suroeste del territorio y marca la frontera estatal con Querétaro, ambos ríoss e unen el noroeste del municipio y forman una sola corriente que conserva el nombre de Santa María; además existen numerosos arroyos y corrientes menores que descienden desde las montañas hacia estos dos ríos.