全市境内有大小河流466条，分属黄河、淮河两大流域。大汶河属黄河流域，为市内第一大河，主流起源于莱芜市钢城区汶源街道办事处台子村，自东向西流经全市，由下游的大清河流入东平湖注入黄河，境内流域面积6093平方千米，占全市面积的78.5%。新泰市的东汶河及宁阳县的汉马河、洸府河、宁阳沟属淮河流域的泗河、沂河水系，流域面积1305平方千米，占全市面积的16.8%。全市有水面270平方千米，占全市面积的3.5%，主要包括湖泊、水库、坑塘及部分矿区积水洼地，其中水库687座，总库容9.36亿立方米。发现温泉4处，其中岱岳区桥沟温泉面积8.5万平方米，水深0.5米～8米，混合水温在41℃～49℃之间，水质清澈透明，无臭、无味、无毒，属一级水。全市水资源总量18.84亿立方米，其中地表水12.48亿立方米、地下水9.93亿立方米（地表水与地下水互相转化的重复量为3.57亿立方米。