Území Kraje Vysočina je pramennou oblastí významných řek, např. Doubravy, Jihlavy, Oslavy, Sázavy, Svratky a Želivky.
Územím Kraje Vysočina prochází hranice hlavního evropského rozvodí. Hranice probíhá po hřebenech Českomoravské vrchoviny v přibližné linii Svratka - Herálec – Žďár nad Sázavou – Jihlava – Větrný Jeníkov - Křemešník - Javořice. Do povodí Černého moře spadá území okresu Třebíč a převážná část okresů Jihlava a Žďár nad Sázavou. Jedná se o část povodí řek Svratky a Jihlavy s jejich přítoky. V jižní části kraje je to povodí Dyje s vodními toky Moravská Dyje a Želetavka. Do povodí Severního moře zasahuje na severu povodí řek Chrudimky a Doubravky. Jihozápadně od nich povodí Sázavy a Želivky, na jihozápadě Kamenice, Žirovnice a další přítoky.
Obr. – Mapa dílčích povodí v ČR (zdroj: portál eAGRI Voda)
Podle členění území do regionů povrchových vod lze na území kraje vymezit čtyři oblasti vodnosti (Vlček, 1971). Nejméně vodná oblast (0 – 3 l/s.km2) je vymezena na jihovýchodním okraji Českomoravské vrchoviny – v oblasti Jaroměřice nad Rokytnou – Náměšť nad Oslavou – Velká Bíteš. Ta se vyznačuje také velmi malou retenční schopností krajiny a poměrně vysokým stupněm rozkolísanosti odtoku. Pásovitě na ni navazuje oblast málo vodná (3 – 6 l/s.km2) zahrnující severozápadní části Křižanovské vrchoviny (Jihlava, Třebíč, Jemnice, Velké Meziříčí) a od západu část území okresu Pelhřimov a Havlíčkův Brod (Ledeč nad Sázavou, Hořepník). Retenční schopnost krajiny je zde převážně malá, stupeň rozkolísanosti odtoku slabý až střední. Ostatní část kraje (mimo nejvyšších partií Žďárských a Jihlavských vrchů) patří do oblasti středně vodné (6 – 10 l/s.km2). Retenční schopnost krajiny je zde převážně malá až dobrá, stupeň rozkolísanosti odtoku střední. Oblast dosti vodná (10 – 15 l/s.km2) zahrnující oblast Železných hor a Žďárských vrchů a na jihozápadě Javořicko. Z hlediska průměrného ročního průtoku na Vysočině patří mezi největší vodní toky řeky Jihlava (11,4 m3/s), Sázava (9,9 m3/s) a Želivka (7,2 m3/s), avšak v republikovém srovnání patří spíše mezi vodní toky méně významné.
Území Kraje Vysočina oplývá rovněž velkým počtem větších či menších rybníků, celkem jich je přibližně 8 900. Velkou část území okresu Žďár nad Sázavou a část okresu Havlíčkův Brod zaujímá CHKO Žďárské vrchy, která je zároveň také CHOPAV.
Hydrogeologické poměry jsou poměrně stálé na celém území kraje, jenž patří geologicky do krystalinika Českého masívu s vysokou puklinatostí a vyznačují se velkým množstvím drobných méně vydatných zdrojů podzemní vody. Prakticky zde neexistují významné zdroje podzemní vody situované běžně v údolních nivách řek. Charakteristickým negativem pro zásobování obyvatelstva z těchto drobných vodních zdrojů je častá existence radonu v podzemní vodě, který musí být odvětráván.
Z hlediska zásob podzemní vody patří území Kraje Vysočina mezi chudší kraje. Významnější zdroje podzemní vody jsou Podmoklany u Chotěboře, Heraltice – Opatov – Předín u Třebíče, Křemešník u Pelhřimova, oblast u Třeště, oblast u Humpolce, Pavlov u Žďáru nad Sázavou.
Kvalita povrchové i podzemní vody není v některých oblastech kraje na dobré úrovni vlivem intenzivního zemědělství a nedostatečného čištění odpadních vod v předcházejícím období. Díky výstavbě nových ČOV i rekonstrukci a intenzifikaci stávajících dochází postupně ke zlepšování tohoto stavu.