Park leży w dorzeczu Biebrzy (Wisły i zlewisku Morza Bałtyckiego), największego po Bugu dopływu Narwi.
Swój początek bierze na południe od Nowego Dworu, u podnóża wzgórz morenowych w Mezoregionie Wzgórz Sokólskich.
Ujście Biebrzy znajduje się koło wsi Ruś. Długość rzeki wynosi ok. 165 km (w tym 155 km w Parku), a powierzchnia dorzecza 7051,2 km2.
Bardziej jest rozwinięte dorzecze prawobrzeżne (75,5% - rz: Lebiedzianka, Netta, Kopytkówka, Jegrznia, Dybła, Ełk, Klimaszewnica, Wissa),
niż lewobrzeżne (24,5% - rz: Sidra, Brzozówka, Biebła, Czarna Struga, Kosódka).
Przeciętny spadek Biebrzy wynosi 0,36‰, natomiast na obszarze Pradoliny jest o połowę mniejszy i wynosi 0,19‰.
Średni przepływ roczny (na wysokości Burzyna) wynosi 27,5 m3/s. Cechuje go duża nierównomierność.
Charakterystyczne są wysokie wezbrania wiosenne pochodzenia roztopowego i głębokie niżówki letnio-jesienne.
Pradolina Biebrzy cechuje się największą w Polsce pojemnością retencyjną - porównywalną do pojemności największych w kraju zbiorników wodnych.
- biebrza.org.pl