一、地表水
桐城县属亚热带湿润气候区，地表水资源丰富。水体主要有湖泊、河流、水库、塘堰四种。正常年景水面积约164平方公里(不含河流)，其中天然湖泊水面积约97平方公里，已控制湖沟水面积约18平方公里，塘堰水面积约32平方公里，水库水面积约17平方公里。总蓄水量3.38亿立方米(不含天然湖泊蓄水量)，其中，已控制湖沟蓄水量0.81亿立方米，水库蓄水量1.48亿立方米，塘堰蓄水量1.09亿立方米。此外，全县地表径流量多年平均为8.5亿立方米，其中有近6亿立方米通过县内大小河流经菜子湖流入长江。
湖泊境内湖泊主要有菜子湖，另有两个连体枝湖，东为白兔湖，西为嬉子湖。湖泊是县内唯一可靠的水资源，主湖菜子湖常年水位10至12米高程，蓄水1.58至5.12亿立方米。汛期相应水位14米时，主湖及两个连体枝湖水面积约318平方公里，容水量约12.4亿立方米。
菜子湖为桐城与枞阳共有水域，桐城占该湖水面的绝大部分。东西长22公里，南北平均宽约8公里。供水河流主要为大沙河。湖底海拔8米。相应水位14米时，水面积为225.35平方公里，平均水深4.3米，容水量9.26亿立方米。1956、1967、1968年，该湖曾因大旱干涸。
菜子湖水位高程、面积、容积关系表

白兔湖亦为桐城与枞阳共有水域。南北长16公里，东西宽4至5公里，过松山后与菜子湖水面相接。供水河流主要为孔城河。湖底海拔9米。相应水位14米时，水面积60平方公里，平均水深3.6米，容水量2.16亿立方米。
嬉子湖与白兔湖隔2至3公里宽的丘岗。湖面狭长，南北长14公里，东西宽2至3公里。湖底海拔9.5米。相应水位14米时，水面积33平方公里，平均水深3米，容水量约1亿立方米。该湖主要接纳龙眠河、挂车河之水。
河流境内有大小河流100多条，构成以大沙河、挂车河、龙眠河、孔城河为干流的四大水系。四条干河均自西北流向东南，分别注入菜子湖、嬉子湖和白兔湖。
大沙河源于岳西县魏岭乡松毛尖，在桐(城)潜(山)交界处的沙河铺入境，至青草塥附近的尖刀嘴，分成南北两支，南名人形河，北称柏年河，平行东下，于白果乡乌鱼宕重新合流，经练潭镇至陡起墩入菜子湖，全长90.8公里。桐城境内长74.79公里，流域面积348平方公里，其中山区86平方公里，丘陵区147平方公里，圩区115平方公里。境内支流有三湾河、鸦雀河、牡丹口河、毛栗河、徐河、封河等。该河在沙河铺处河底高程50米，河道宽120米；在练潭处河底高程10.8米，河道宽200米。柏年河大桥以西，堤坝高程2至3米，以东4至5米。河床坡降不一，沙河铺以上大于1／60，下游平均1／1000。上游砾石较多，部分岩石裸露，下游淤沙严重，深达10米以上。最大输沙率达2.51吨／秒(1969年)，年平均输沙率0.1吨／秒，年输沙量达201万立方米，一般年份在35万立方米以上，河床年平均升高0.1米，青草尖刀嘴处，河床高于圩田3米左右，最高达4米以上。汛期在4至8月份，一般降雨1小时后洪水上涨，4至5小时出现洪峰，半小时后峰退，4天左右退平。汛期最大泄洪量达6100立方米／秒。每年夏末至秋、冬为枯水期，全河流量仅2至3立方米／秒。其主要支流三湾河源于大塘乡望师岭，于汪家圩的倒李厢处汇入柏年河，全长29公里，流域面积122平方公里，河道边坡为每公里6.8米。该河三安铺以上又名军屯河，长27.1公里，为山区狭谷河流，落差较大，水量不丰。中下游有陶冲河、牛栏铺河、铜锣河等诸水注入，水势增大。
挂车河源于桐(城)潜(山)舒(城)三县交界的三芝庵东南坡，经椒岩、唐家湾、三道河口、挂镇、新安渡，至许家嘴入嬉子湖，全长45公里，流域面积325.8平方公里，其中山区149.2平方公里，丘陵区104.9平方公里，圩区71.7平方公里。河水出牯牛背水库后向南直流，在老梅树街以南有龙潭河汇入，水势增大，河床宽至100米。到新安渡附近，折向东流，亦称“新安大河”。下游因有塍塘河及丘陵花水汇入，河床增宽为150至180米。河道坡降为1.1／1000。上游牯牛背水库库底高程59.5米，中游新安渡大桥河底高程16.7米，下游许家嘴河底高程11米。挂镇以上为中小卵石河床，以下为中细泥沙河床。堤坝高度，新安渡大桥以上2至3米，以下4至5米。汛期最大泄洪量1072立方米／秒，枯水期最小流量1至2立方米／秒。输沙量、输沙率与大沙河大体相同。主要支流3条：北冲河(亦称西冲河)源于唐湾乡的三芝庵，接纳长岭、二姑尖、白云寨诸坡之水，并有彭河、板桥河等山溪汇入，于汪河乡吴嘴村附近注入牯牛背水库，全长21公里，卵石河床，河宽多在50至80米之间，比降为每公里5.5米；南冲河源于大塘乡天台庵南坡，接纳白云寨、老鹰尖、五聚岭诸坡之水，向东流至汪河乡杨楼村注入牯牛背水库，全长14公里，宽20至50米，卵石河床；龙塘河源于童铺乡金鸡寨，上游有响水河、童铺河，中游有血防河及丘陵花水汇入，在龙塘乡东境汇入挂车河。全长约15公里，宽30至50米，上游为卵石河床，下游为泥沙河床。
龙眠河源于桐(城)舒(城)分界的老关岭，经石板桥、黄柏岭、境主庙、县城、铁铺、金神墩，于苏老屋处注入嬉子湖，全长43公里，流域面积318.8平方公里，其中山区107平方公里，丘陵区115.9平方公里，圩区95.9平方公里。河水出境主庙水库溢洪口，穿县城后折向南流，原在包圩乡双闸村以南入湖，1958年切开金神墩北面丘岗，截弯取直后改从苏老屋入湖。中下游全长约22公里。河道坡降为1.8／1000。上游境主庙水库库底高程62.5米，中游铁铺河底高程24米，河床宽80米，下游苏老屋河底高程11.4米，河床宽100米。汛期水流量为800立方米／秒左右，枯水期往往断流。龙眠河支流，上游有西河沟、双溪、项岭河等，中游有毛河、石河、龙河，下游有支子沟。毛河源于五岭，石河源于黄草尖，皆山间溪河；龙河源于马石山，支子沟源于穿心塘，皆丘间小河。
孔城河源于大关西北的天堂山，集桐(城)庐(江)枞(阳)三县边境之水，主流经双河口、大关街、土岭、小郭庄、新店、尹河街，在孔城镇南注入白兔湖。主要支流有大关河、三十里铺河、鲁谷共河、木桥河、双龙河及桐庐之间的界河。大关河源于北峡山的天堂山，三十里铺河源于大关乡麻山，木桥河源于龙头乡五岭，鲁谷共河源于鲁谷共乡的荒草尖，其余均是顺坡直下的丘陵小河。众流先后在杨河和尹河汇合，从尹河街折转南下才称孔城河。全长35.88公里，主干长仅8公里。流域面积574.6平方公里，桐城县境内为396平方公里，其中山区134.7平方公里，丘陵区224.3平方公里，圩畈区37平方公里。汛期在4至8月份，水势浩大。最大泄洪量为848立方米／秒，枯水期常常断流。该河比降，上游为1／150至1／100，中游1／1000，下游1／2000。
水库全县有中、小型水库57座，总水面约17平方公里，总库容1.48亿立方米。其中：中型水库2座，为牯牛背和境主庙水库，总库容1.06亿立方米；小(一)型水库8座，为汪洋、双龙、五岭、河沿、枧山、石南、王屋和张冲水库，总库容0.25亿立方米；小(二)型水库47座，总库容0.17亿立方米。
塘堰全县共有塘堰2.3万口(条)，主要分布于丘陵圩畈区，总水面约32平方公里，总容水量1.09亿立方米。大塘有大竹塘、大官塘、白陂塘、白塘、青庙塘等。大堰有孔洪堰、新店堰、茅草堰等。
此外，沿湖有18平方公里已控制的湖沟水面，容水量0.81亿立方米。
二、地下水
桐城县地下水，根据地形、岩性和构造条件及富水性，分为两个含水带，基岩裂隙水含水带和平畈区松散层孔隙含水带。
基岩裂隙水含水带包括大别山基岩裂隙水和丘陵基岩裂隙水。大别山基岩裂隙水分布于大别山侵蚀构造低山区。该区由下元古界变质岩及火山岩组成，虽岩石裂隙发育，但多被风化物充填堵实，裂隙含水贫乏，单井涌水量10—100吨／日，资源模数为4.79万吨／平方公里年。丘陵基岩裂隙水分布于丘陵区。县城以南丘陵由第三系、白垩系“红层”组成，岩石裂隙不发育，蓄水性极差，单井涌水量5—30吨／日。县城以北丘陵，如卅铺、新店、甑山一带基岩为正长岩、斜长岩，裂隙蓄水性差，为地下水贫乏带，在地下水富集的河谷地打井，单井涌水量仅为20—100吨／日，资源模数为0.25万吨／平方公里年。
平畈区松散层孔隙含水带，分布沿河两岸冲击层内。主要含水层为砂砾石、中粗砂、中细砂。下游冲击层范围大，厚度深，富水性强于上游河谷；大河冲积层富水性强于小河冲积层。挂车河自老梅至挂镇地段，单井涌水量998—1166吨／日，资源模数为1750万吨／平方公里年。
桐城县地下水属矿化度小于1克／升的HCO3-型淡水，水质良好。埋藏深度：山区不超过80至90米；丘陵区为1.16至8米，局部大于10米；圩畈区为0.3至3米。部分地区地下水出露，如吕亭的洞宾泉、青草的吉庆沙渗泉等，四季不枯。