To elvesystemer drenerer og definerer de to delene av Central Valley. Sacramento, med sideelver som Feather og American, renner sør gjennom Sacramento Valley i rundt 719 km. I San Joaquin Valley renner San Joaquin nordvestover i ca. 587 km, med sideelver. Vannskillet i Central Valley dekker over en tredjedel av California, der 46 % drenerer til Sacramento River, 26 % til San Joaquin, og 27 % til Tulare Lake.