สำนักงานทรัพยากรน้ำแห่งชาติ แบ่งส่วนราชการภายใน ตามกฎกระทรวงแบ่งส่วนราชการสำนักงานทรัพยากรน้ำแห่งชาติ สำนักนายกรัฐมนตรี พ.ศ. 2561 ซึ่งประกาศในราชกิจจานุเบกษา เล่ม ๑๓๕ ตอนที่ ๘ ก วันที่ 16 กุมภาพันธ์ 2561[7] ดังนี้

(๑) สำนักงานเลขาธิการ

(๒) กองนโยบายและยุทธศาสตร์

(๓) กองบริหารจัดการลุ่มน้ำ

(๔) กองวิเคราะห์โครงการและงบประมาณ

(๕) ศูนย์อำนวยการน้ำแห่งชาติ

(๖) สำนักงานเลขานุการคณะกรรมการทรัพยากรน้ำแห่งชาติ

กระทั่งวันอังคารที่ 9 กรกฎาคม พ.ศ. 2562 ราชกิจจานุเบกษาได้เผยแพร่ กฎกระทรวงแบ่งส่วนราชการสำนักงานทรัพยากรน้ำแห่งชาติ สำนักนายกรัฐมนตรี พ.ศ. ๒๕๖๒ โดยกำหนดให้ยกเลิก กฎกระทรวงแบ่งส่วนราชการสำนักงานทรัพยากรน้ำแห่งชาติ สำนักนายกรัฐมนตรี พ.ศ. ๒๕๖๑ และให้สำนักงานทรัพยากรน้ำแห่งชาติแบ่งส่วนราชการดังต่อไปนี้ [8]

(๑) สำนักงานเลขาธิการ

(๒) กองกฎหมาย

(๓) กองการต่างประเทศ

(๔) กองนโยบายและแผนแม่บท

(๕) กองบริหารจัดการลุ่มน้ำ

(๖) กองวิเคราะห์โครงการและงบประมาณ

(๗) ศูนย์อำนวยการน้ำแห่งชาติ

(๘)-(๑๑) สำนักงานทรัพยากรน้ำแห่งชาติภาค ๑-๔

(๑๒) สำนักงานเลขานุการคณะกรรมการทรัพยากรน้ำแห่งชาติ