陕西黄土高原河流众多，沟壑纵横，沟壑面积约占总土地面积的50%。主要河流有黄河及其支流渭河、泾河、洛河、延河、无定河及窟野河等。河水主要来源于降水，降水分布的特点是南部多、北部少，山区多、平原谷地少。因此，径流的分布规律是自南向北减少，山区大于原区谷地。
陕西黄土高原位于大陆腹地，气候较干旱，降水稀少，蒸发强烈，水源短缺。全区地表水资源105.56亿立方米，人均536立方米，亩均263立方米。泾阳、富平、蒲城一带亩均不足100立方米。由于季风气候的影响，降水的年变率大，年内分配不均。因此，地表径流的年际变化大，年径流变差系数cv值在0.4以上，径流的年内分配集中，汛期(7～10月)径流量占年径流量的60～70%以上，甚至集中于几场大暴雨中，形成丰水年雨涝洪灾，少水年干旱缺水。
陕西黄土高原水土流失严重，河流含沙量很大。黄土丘陵沟壑区输沙模数达20000～30000吨/年·平方公里，窟野河下游最大年输沙模数在40000吨/立方千米;以上，最大含沙量高达1700千克/立方米;。破坏了生态环境平衡，水旱灾害频繁。
陕西黄土高原地表水的天然水质是良好的，大部分地区属重碳酸盐水，矿化度低，适宜于工农业用水及人畜饮用水。唯在定边西北部、芦河及大理河上游、洛河上游等地有小范围的氯化物水及硫酸盐水，矿化度大，不宜于灌溉饮用。
陕西黄土高原地下水主要分布在高原北部边缘的风沙滩地区，地下水资源量为11.76亿立方米，可开采量6.43亿立方米。在广大的黄土区及丘陵山区地下水非常贫乏。
城市工业排放大量的污水、废水，农业大量施用化肥，地表水源及地下水源污染日趋严重。延河及渭河某些河段的水质变坏，生物绝迹，加剧了水资源供需矛盾。保护水源、保护环境已成为社会发展的重大课题。