Juega un papel muy importante dentro del parque. Al norte y en montaña con descenso rápido y con cascadas tenemos los ríos Adaja y Eresma, realizan su descenso hasta el lago central serpenteando buena parte del recinto.

En el lago central podremos encontrar cinco grandes chorros de agua a modo de cascada. Junto a la iglesia de San Miguel de Olmedo, en la zona más baja del Parque, encontramos un estanque, que ya existía para regar los huertos que circundan el Parque. El agua llega al estanque proveniente del Caño Nuevo.

En la zona centro nace un nuevo río que rodeando varios monumentos y realiza una caída en cascada al gran lago situado al sur del Parque, junto a la estación de Villalón, provisto de varios chorros.

Cabe destacar el especial cuidado dedicado al uso racional del agua, mediante sistemas automáticos se suministra a las plantas el agua que necesitan además de los sistemas de bombeo que retornan el agua al nacimiento de los ríos.