张家口市境内河流分属3个流域，即：内陆河流域、滦河流域和海河流域。主要有5个水系，即：内陆河水系、滦河水系、永定河水系、潮白河水系和大清河水系。

坝下主要河流有桑干河、壶流河、洋河、白河和黑河。大都属山溪性河流，河道比降大、水流湍急，洪水暴涨暴落，含沙量大，结冰期长。

桑干河上游有源子河、恢河两条河流，主流恢河发源于山西省宁武县的管涔山分水岭村，源子河发源于山西省左云县的截口山，两河在朔县与邑村会合后始称桑干河，在张家口境内流经阳原、宣化、涿鹿等县，至怀来朱官屯附近与洋河汇合，汇合后称永定河，注入官厅水库。

壶流河发源于山西省广灵县，流经蔚县，至阳原县大渡口村汇入桑干河。

在怀安县境内由东洋河、南洋河、西洋河汇成的洋河,流经怀安、万全、宣化、怀来等县。东洋河、西洋河均发源于内蒙古大青山麓，南洋河发源于山西省阳高县境内。黑河、白河发源于沽源和赤城县交界的坝头一带，注入密云水库。

较大的河流还有流经张家口市区的清水河，发源于崇礼县桦皮岭南麓，由东沟、正沟和西沟三大支流会合而成，自大境门东侧进入市区由北向南纵贯市区后汇入洋河。

坝上草原地带湖淖众多，较大的有察汗淖、安固里淖、黄盖淖等，由于干旱，许多湖淖经常处于干枯状态。河流多属内陆河水系，季节性河流居多，一般流程短、河床宽、河槽浅，由南向北注入内陆湖泊。较大的有安固里河、大青沟、葫芦河等，属滦河水系的有闪电河。安固里河流经张北县境内，是一条较大的内陆河，注入安固里淖。位于沽源县的闪电河发源于沽源与丰宁两县交界的古巴颜屯图固尔山，穿过沽源，绕蓝旗，经多伦，过承德诸地，注入渤海。

入境河流有壶流河、桑干河、南洋河、西洋河、东洋河和闪电河。入境水量较大的是桑干河和南洋河。出境河流有永定河、白河、黑河和闪电河。出境水量最大的是永定河。丰、枯水年出入境水量相差很大，桑干河入境水量受册田大型水库工程控制，若水库全年闭闸，则本年度入境水量为零。