Glommavassdragets nedbørfelt omfatter arealer i fylkene Sør-Trøndelag (1 757 km²), Oppland (16 294 km²), Hedmark (19 253 km²), Akershus (2 828 km²) og Østfold (1 790 km²), foruten et mindre areal på svensk side av riksgrensen mellom Norge og Sverige. nedbørfeltet strekker seg inn i fjellområdene ved grensen til Sogn og Fjordane og Møre og Romsdal fylker. Djupvatnet ved Geiranger og østsiden av fjellet Dalsnibba er vassdragets nordvestligste punkt. Vannskillet mellom Stryn og Skjåk går vest for fylkesgrensen ifølge NVEs kart. I nord og øst går vannskillet i nærheten av Mustjønna i Tydalsfjellene. Vannskillet mellom Vingersnoret og Vrangselva er så lavt at ved flom og høy vannstand i Glomma renner vann fra Vingersjøen ut i Vrangselva. Etter siste istid rant trolig hovedelven Glomma langs Vrangselvas løp sørover inn i Sverige. Under flom, kanskje for 7000 år før vår tidsregning, brøt Glomma gjennom en morene som sperret ved Kongsvinger og tok veien vestover.