地表水
本区河川径流以大气降水补给为主，季节变化明显。本区属淮河流域运河水系，大多是中小河流，老年季节河道雨季河水汹涌，陡涨陡落，旱季流水锐减，甚至干涸。峄城大沙河，是运北流入运河的一条最大的支流，总流域面积为506.7平方公里。
地下水
本区分三个水文地质区。枣南水文地质区，第四系地层厚度1至35米，南有韩庄运河，北有峄城大沙河，周营沙河由北向南汇入。峄城大沙河以东有古河道冲积扇，第四系地层覆盖厚度30至40米，有1至2米沙层，地下水深3至5米，成井深在35米，单井出水量50立方米/小时左右。峄城大沙河以西，一般无沙层，含水层多为粘土夹礓石，含水微弱。0至1米土层为灰黑色粘土，以下为粘土夹礓石，黄褐色，灰白钙质结核呈不规则分布。
棠荫盆地水文地质区，面积为92.8平方公里，盆地南北的山立为寒武系地层，腹部为第四系覆盖着奥陶系地层，裂隙溶岩发育，裂隙溶岩水加上土壤孔隙水单井出水量一般在8至150立方米/小时，十里泉电厂濠沟泵房出水量为279.2立方米/小时，是本区富水区之一。
峄城山丘水文地质区，面积217.1平方公里，位于峄城以东以南山丘地带，呈弧带状，该区多为下寒武系地层，中厚灰岩，泥灰岩与页岩互层，裂隙岩溶较发育，单井出水量60至100立方米/小时，较富水区。在杨楼、田楼、峨山、南刘村一带为震旦系地层，虽有灰岩分布，但裂缝岩溶中等发育，单井出水量仅30至60立方米/小时，中等富水。
河流
峄城区河流为淮河流域运河水系。受地形的影响，河流均自北向南流淌，上游多发源于低山丘陵地。属季节性泄洪河道。主要河道有韩庄大运河、承河、陶沟河、新沟河、阴平大沙河、一支沟、二支沟、四支沟等，总长114.5公里。韩庄运河东西走向，可以通航，1966年至1976年先后开挖了刘桥干渠和胜利渠，横贯本区南部，总长34.5公里。