临安境内水系分属太湖和钱塘江两大水系。境内主要溪流有东苕溪，主源南苕溪，主要支流中苕溪，属太湖水系；分水江主源昌化溪，主要支流天目溪，属钱塘江水系。主要溪流均发源于海拔1000米以上山脉，上游段多峡谷，坡陡谷深流急，中下游段处低山丘陵，地势较平坦，多河谷平原。

【南苕溪】位于区境东部，为东苕溪主源，属太湖水系，发源于太湖源镇临目马尖岗，主峰海拔1271.4米，全长63千米，流域面积720平方千米，比降12.3‰；境内段长55千米，流域面积620.8平方千米，青山水库水文站实测多年平均流量14.5立方米/秒。南苕溪主源浪（阆）口溪，自溪源水竹坞至双溪口为西坑溪（西坑水），双溪口汇东坑溪后称浪口溪，南流经里畈水库，至浪口汇南溪后称南苕溪。南流至葫芦岭西汇泥沟溪，甘塘堰上汇潘溪；折东流至长桥上汇马溪，青龙口汇锦溪后入青山水库。青山水库南有横溪、灵溪汇入，北有双林溪汇入；出青山水库东流至油车头右汇研溪，至鲍家滩汇斜阳溪，东流至汪家埠出境。1950年后，实施南苕溪综合治理，1964年建成大型防洪工程青山水库；1973年兴建、1993—1995年扩建中型防洪蓄水工程里畈水库；1975—1980年，里畈水库至长桥24.5千米溪岸建成防洪堤34738米。1995年后，南苕溪防洪能力由10年一遇提高为20年一遇。

【中苕溪】位于区境东北部，为东苕溪主要支流，属长江水系。发源于高虹镇石门与安吉县交界的青草湾岗。主峰海拔1073.9米。溪源自美岭坑起，东南流经石门、高虹、横畈，于下塘楼出境，又东流经长乐至汤湾渡由左岸汇入东苕溪。全长47.8千米，比降17.9‰，流域面积185.6平方千米。1999年12月，上游水涛庄村兴建中型防洪工程水涛庄水库，总库容2888万立方米。中苕溪主源猷溪自美岭坑向东南流经大山村、石门、水涛庄，至高乐汇仇溪，称中苕溪。猷溪长22.5千米，处中低山深谷区。大山至龙头舍间，溪底巨石相接；龙头舍至拜节庙，溪宽约30米，两岸崖石壁立；拜节庙至大仁寺间，谷形狭窄蜿蜒，水涛庄段河谷宽阔，在55米~200米。下城折经安村，至勾山脚汇白水溪；东流于下塘楼出境。

【天目溪】纵贯区境中部，为分水江主要支流，属钱塘江水系。发源于西天目山北与安吉县交界的桐坑岗，主峰海拔1506米。自天目山镇牯牛塘起，由北向南，流经西天目、绍鲁、於潜、堰口、塔山、紫水，于紫溪汇昌化溪，南入分水江。溪长58千米，流域面积761.5平方千米，比降21.8‰。

天目溪主源东关溪长36千米，比降33.7‰，集水面积173.3平方千米。自牯牛塘南流经平溪、后院，至钟家村汇西关溪，至白鹤村汇正清溪；经交口、绍鲁，于双溪口汇丰陵溪，下称天目溪。过於潜镇，至摇车桥汇藻溪，南山坞汇太阳溪（交溪），逸村汇竹岭水，龙头畈汇古竹溪，小溪口汇竺溪，麻车埠汇中塘水，至紫溪汇昌化溪后入分水江。

【昌化溪】位于区境西北部，为分水江主源，属钱塘江水系，发源于安徽省绩溪县笔架山，主峰海拔1385米，于岛石镇西舍坞入境。干流流经新桥、岛石、大峡谷、龙岗、昌化、河桥、潜川。紫溪纳天目溪后至七坑段，称分水江（原称天目溪）。昌化溪全长106.9千米，比降8.6‰，流域面积1440.2平方千米，其中境内长93千米，流域面积1376.7平方千米。青山殿水文站实测多年平均流量45.4立方米/秒。

主源昌北溪（昔称后溪、巨溪），溪源自安徽绩溪县荆州之西饭蒸尖，海拔1349米，流至岛石镇西舍坞入境，至倒龙山称后溪，汇仁里溪后称昌北溪。至呼日塘汇银坑溪，至兔川稍下汇上溪；东南流至太平桥汇桃花溪，荞麦岭脚汇柘林坑溪，东南流至地塔村合溪汇入；至汤家湾汇昌西溪，下称昌化溪。昌北溪全长67.9千米（境内长54千米），比降12.3‰，集水面积385.5平方千米（境内330.5平方千米）。

汤家湾东南流至九坑桥汇龙潭坑溪，白牛桥汇沥溪；至七里桥汇黄干溪，油车里汇平渡溪；流经昌化镇东汇虞溪，童婆桥汇紫溪，至云浪下汇锦坑溪；至白下有昌南溪汇入，东南至坑口汇悉山水，青山殿阴山汇马山溪，至紫溪与天目溪汇合，下称分水江。1957—1995年青山殿水文站实测，最大流量7200立方米/秒（1969年7月5日），最小流量0.95立方米/秒（1978年9月8日），最高水位64.51米（1969年7月5日，吴淞高程系，基面52米），最低水位52.11米（1971年7月29日）。

正源昌化溪，支流天目溪。昌化溪与天目溪于紫溪汇合口至乐平七坑，为分水江境内河段。自紫溪东南流至倒水坞纳紫坊水；至乐平下纳沈家、里坞水，七坑上纳七坑水，东南流出区境。全长8千米。河道平坦、开阔，落差2米。昌化溪和天目溪会合口河道宽171米。七坑以上集水面积（含昌化溪、天目溪）2275平方千米。支流有紫坊水、里坞水、沈家水、七坑水。