ลุ่มน้ำเพชรบุรีมีพื้นที่ลุ่มน้ำ 5,603 ตร.กม. หรือ 3.9 ล้านไร่ ครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของ จ.เพชรบุรี มีปริมาณน้ำท่าเฉลี่ยรายปี 1,329ล้าน ลบ.ม ลุ่มน้ำเพชรบุรีมีแม่น้ำเพชรบุรีเป็นแม่น้ำสายหลักและ มีแม่น้ำสาขาที่สำคัญ 4 สาขาคือ ห้วยแม่ประจันต์ ห้วยผาก ห้วยแม่ประโดน แม่น้ำบางกลอย และแม่น้ำบางตะบูน แม่น้ำเพชรบุรีมีต้นกำเนิดจากเทือกเขาสูงด้านตะวันตกอันเป็นเขตแดนระหว่างไทยกับพม่าไหลผ่าน แนวแกนกลางของลุ่มน้ำในแนวตะวันตก-ออก และ ไหลลงสู่อ่าวไทย ลุ่มน้ำเพชรบุรีแบ่งออกเป็น 4 ลุ่มน้ำย่อยประกอบด้วย ลุ่มน้ำเพชรบุรีตอนบน (2,210 ตร.กม.) ลุ่มน้ำเพชรบุรีตอนกลาง (1,325 ตร.กม.) ลุ่มน้ำเพชรบุรีตอนล่าง (1,325 ตร.กม.) ลุ่มน้ำชายฝั่งทะเลเพชรบุรี (1,040 ตร.กม.) ปัจจุบันมีโครงการพัฒนาแหล่งน้ำขนาดใหญ่และกลาง 17 โครงการ โครงการขนาดเล็ก 51 โครงการมีพื้นที่ชลประทาน 562,688ไร่ มีความจุเก็บกักน้ำ 710 ล้าน ลบ.ม. มีการพัฒนาแหล่งน้ำใต้ดิน เพื่ออุปโภค-บริโภค เป็นหลัก มีการขุดเจาะบ่อบาดาลรวม 760 บ่อ โดยกรมทรัพยากรธรณี กรมอนามัย กรมโยธาธิการ และสำนักงานเร่งรัดพัฒนาชนบท

• แม่น้ำบางกลอย ต้นน้ำเกิดจากเทือกเขาในเขตบ้านโป่งลึก-บ้านบางกลอย ตำบลห้วยแม่เพรียง อำเภอแก่งกระจานไหลมาบรรจบ แม่น้ำเพชรบุรี บริเวณอำเภอท่ายาง มีความยาว 45 กิโลเมตร
• ห้วยแม่ประโคน ต้นน้ำเกิดจากเทือกเขาบริเวณเขตติดต่อระหว่างอำเภอหนองหญ้าปล้อง กับอำเภอปากท่อ จังหวัดราชบุรี และมีสาขาสำคัญ ได้แก่ ห้วยมะเร็ว ห้วยเสือกัดช้าง ห้วยสมุลแว้ง และไหลมาบรรจบแม่น้ำเพชรบุรีในบริเวณเขตอำเภอท่ายาง มีความยาว 56 กิโลเมตร
• ห้วยผาก ต้นน้ำจากภูเขาอ่างแก้วและภูเขาน้ำหยดในบริเวณเขตอำเภอแก่งกระจาน ไหลมารวมกับแม่น้ำเพชรบุรี ที่บริเวณใต้เขื่อนแก่งกระจานในเขตอำเภอแก่งกระจาน มีความยาว 30 กิโลเมตร
• ห้วยแม่ประจันต์ ต้นน้ำจากเทือกเขาในเขตจังหวัดราชบุรี ไหลผ่านอำเภอหนองหญ้าปล้อง และไหลมาบรรจบแม่น้ำเพชรบุรีบริเวณเหนือเขื่อนเพชรบุรีในเขตอำเภอท่ายาง
• แม่น้ำบางตะบูน เป็นสาขาของแม่น้ำเพชรบุรี ซึ่งไหลย้อนขึ้นไปทางเหนือผ่านอำเภอเขาย้อย อำเภอบ้านแหลม ออกสู่อ่าวไทยที่ปากอ่าวบางตะบูน อำเภอบ้านแหลม มีความยาวประมาณ 13 กิโลเมตร