ШҚО жерінде көлемі 1 гектардан астам аумақты алатын мыңға жуық көлдер бар. Зайсан, Марқакөл, Бұқтырма, Ульмес, Қаракөл, Турангаколь, Дұбығалы, Кемеркөл, сондай-ақ Шығыс Қазақстан мен Алматы облысы аралығындағы жерде орналасқан Алакөл, Сасықкөл сияқты көлдер облыстағы ірі көлдер болып табылады. ШҚО аумағында ұзындығы 10 шақырымнан асатын 885 өзен ағады. Солардың ішіндегі әлдеқайда көлемді өзендер: Қара Ертіс, Бұқтырма, Күршім, Қалжыр, Нарым, Уба, Үлбі өзендері. Облыстағы ең басты су күретамыры – Ертіс өзені, онда Бұқтырма, Шүлбі және Өскемен атты 3 ГЭС орналасқан.