El río Guadalquivir nace en el paraje de Cañada de las Fuentes, en pleno bosque de pinos laricios. Allí, a 1.350 m de altitud, inicia su andadura de 667 km hasta su desembocadura en el Atlántico, drenando el 65% del territorio andaluz. Este río, al que los romanos llamaron Betis y los árabes Río Grande, ha formado en dirección nordeste el valle más largo y emblemático del Parque Natural, que cuenta con el sensacional desfiladero de la Cerrada del Utrero sólo a unos kilómetros de su nacimiento. A continuación el valle se va ensanchando a través de los parajes más visitados del parque. El último tramo del valle está ocupado por las aguas del embalse del Tranco, a partir de cuya presa el río se encaja de nuevo en un salvaje desfiladero y gira bruscamente al oeste hacia la campiña jiennense y gran depresión bética andaluza.

Antes de la presa del Tranco, el Guadalquivir recibe por la margen derecha las aguas del Borosa, que nace en la laguna de Valdeazores y desciende 650 m de altitud en los 11 km de su recorrido, formando numerosos saltos de agua y pozas transparentes. El río, fácilmente accesible a pie, horada la roca en la espectacular Cerrada de Elías, y recibe las aguas de varias cascadas que están pletóricas en la época de deshielo, como la famosa cascada de Linarejos.

El Aguasmulas entrega sus aguas al Guadalquivir unos kilómetros más abajo que el Borosa y, como este, es un corto río de montaña de 8 km de longitud. Su visita es también muy gratificante, porque se puede hacer cómodamente andando y disfrutando de parajes de gran belleza escénica, especialmente en su cabecera, ya que nace bajo los impresionantes farallones del Banderillas (1.993 m de altitud).

El curso alto del río Guadalentín es otra de las estrellas del Parque, porque labra varios cañones y gargantas entre alineaciones de cumbres que rondan o superan los 2.000 metros de altitud. Uno de sus atractivos paisajísticos más notables es el extenso robledal de quejigo que atraviesa. El río nutre después el embalse de La Bolera para ir a parar –ya fuera del Parque- al Guadiana Menor, afluente a su vez del Guadalquivir.

La intrincada sierra de Las Villas es rica en ríos y arroyos caudalosos que comparten la denominación de Aguascebas, diferenciándose en la segunda parte de su nombre: Aguascebas Grande, Chico, de Chorrogil (que tiene una preciosa cascada), de Gil Cobo, etc. El primero de ellos es el más espectacular, contando con dos impresionantes gargantas. Por su parte, el Aguascebas de Gil Cobo, que desciende nada menos que 770 m de altitud en sus escasos 6 km de recorrido, forma también varias cascadas y gargantas, destacando la conocida como Cerrada de San Ginés. Algunos de estos ríos de montaña nutren un pequeño embalse que también se llama de Aguascebas.

Además de estos ríos de régimen de montaña, el Parque está surcado por otros que recorren territorios de relieve más suave, siempre en la cuenca del Guadalquivir. El principal de ellos es el Guadalimar, cuyo nombre proviene de su denominación árabe, que era Río Rojo, por el color que toman sus aguas cuando la lluvia arrastra las tierras rojizas de las laderas arcillosas. Este río nace en la provincia de Albacete, en las estribaciones de la Sierra de Segura, y en el interior del parque recorre tierras olivareras de la zona norte, recibiendo afluentes de cierta entidad como el Onsares, el Trujala y el Beas, todos ellos provenientes de deliciosos valles de baja montaña.

El Guadalimar recibe por la derecha las aguas del Guadalmena, un río que marca el límite noroccidental de la comarca de Segura y que, aunque no llega a entrar en el espacio protegido, es importante por el embalse de su mismo nombre y porque el paisaje que surca –las últimas estribaciones orientales de Sierra Morena- es totalmente distinto del que podemos ver en el Parque, a pesar de la corta distancia. Se trata de montes de modesta altitud y perfiles suaves y redondeados, cubiertos por encinares y matorral mediterráneo.

El río Segura, que toma su nombre de la comarca donde nace, tiene su cuna en una hermosísima poza del paraje de Fuente Segura, cerca de Pontones. En seguida se encaja profundamente en un espléndido cañón, que después se convierte en un estrecho valle salpicado de aldeas de montaña, siendo regulado en el pequeño y delicioso embalse de Anchuricas.

Recibe por su margen izquierda las aguas del río Madera que, en sus 20 km de recorrido, forma un valle angosto entre impresionantes calares de laderas cubiertas por espléndidos bosques de pino laricio.

Más al norte, el río Tus abre otro recóndito valle a través de la Sierra del Agua, bordeando por el sur el Calar del Mundo (Albacete) a través del espectacular Barranco del Infierno y confluyendo con el Segura fuera de los límites del Parque.

Por la derecha el Segura recibe las aguas de otro río con gran interés paisajístico: el Zumeta. Este río pasa muy cerca de Santiago de la Espada, marcando el límite con las provincias de Granada y Albacete. El río se encaja formando un agreste cañón, tras lo cual se abre en un valle bajo la mirada de pequeñas aldeas como Tobos, Vites y Marchena. Después se remansa en el minúsculo embalse de La Vieja y finalmente se encierra de nuevo en una garganta poco antes de confluir con el Segura en Las Juntas de Miller.