Водные ресурсы Ямало-Ненецкого АО отличаются богатством, разнообразием поверхностных вод и большими запасами подземных. Берег Карского моря пологий, сильно изрезанный, воды у берега неглубокие, слабосоленые. Обская губа — залив Карского моря, является одним из крупнейших морских заливов российской Арктики. Площадь Карского залива составляет 44 квадратных километра, это один из самых крупных заливов в северной части России. Обская губа постепенно мелеет из-за песчаных наносов, которые приносятся реками.

Речная сеть Ямало-Ненецкого автономного округа представлена более чем 50 тыс. реками общей протяжённостью около 291 тыс. км (густота речной сети 0,38 км/км2), большая часть которых относится к малым рекам и ручьям, большое количество протоков и русловых озер. Реки автономного округа равнинные, с медленным течением, извилистым руслом с малыми уклонами и низкими берегами, текут в широких неглубоких долинах. Питание у рек в основном происходит за счет осадков, преимущественно снеговых, в меньшей степени дождевых, а также болотно-грунтовым способом.

Для водного режима рек региона характерно невысокое растянутое во времени весеннее половодье продолжительностью до четырёх месяцев, летне-осенние паводки, также отличающиеся небольшими подъёмами уровня воды, и низкая зимняя межень. Ледостав на реках начинается в октябре, за зиму мелкие реки и озера промерзают до дна. Ледоход проходит с начала мая по начало июня.

Главными реками Ямало-Ненецкого автономного округа являются Обь, текущая в пределах региона двумя мощными рукавами, Таз, Пур, Надым, Мессояха, Кара, Юрибей, а также их притоки: в бассейне Оби – Куноват, Полуй, Сыня и Щучья; в бассейне Таза – Худосей, Часелька, Большая Ширта и Толька; в бассейне Пура – его составляющие Айваседапур и Пякупур; в бассейне Надыма – Левая Хетта; в бассейне Енисея – р. Танама, частично протекающая по границе между Ямало-Ненецким автономным округом и Красноярским краем. На территории округа насчитывается около 200 рек с протяженностью каждой более 100 километров. Среди регионов федерального округа ЯНАО занимает первое место по протяжённости и густоте речной сети.

Среднемноголетний речной сток – 581,3 км3/год. В 2015 г. речной сток в ЯНАО составил 794,4 км3/год, что на 36,66% выше среднемноголетнего показателя. По среднемноголетнему речному стоку и речному стоку в 2015 году автономный округ занимает второе место среди регионов федерального округа после Тюменской области в целом и четвёртое место среди регионов России после Красноярского края, Якутии и Тюменской области.

По данным Института озероведения Российской Академии Наук в Ямало-Ненецком автономном округе расположено более 1,05 млн озёр и искусственных водоёмов общей площадью около 39 тыс. км2 (озёрность 5,07%), в том числе более 350 тыс. озёр площадью более 0,01 км2 и ряд озёр меньшего размера. Озёра Ямало-Ненецкого автономного округа имеют различное происхождение, на равнинах региона распространены ледниковые, термокарстовые, пойменные, болотные, прибрежно-лагунные и другие, на горных склонах Полярного Урала встречаются тектонические озёра. Основная часть озёр расположена на севере округа, крупнейшие из них – Периптавето, Ямбуто (Гыданский полуостров), Яррото 1-е, Яррото 2-е, Ямбуто (Ямальский полуостров) и многие другие. Среди регионов федерального округа Ямало-Ненецкий автономный округ занимает первое место по общей площади озёр и искусственных водоёмов и озёрности, среди регионов России – третье место по общей площади озёр и искусственных водоёмов после Якутии и Красноярского края.

Болота и заболоченные земли занимают 19,24% территории Ямало-Ненецкого АО – 147 988 км2. На территории региона расположены водно-болотные угодья международного значения Рамсарской конвенции Нижнее Двуобье и Острова Обской губы Карского моря. Среди регионов федерального округа Ямало-Ненецкий АО занимает второе место по площади болот и заболоченных земель после Ханты-Мансийского АО и третье место по заболоченности территории после Ханты-Мансийского АО и Тюменской области, среди регионов России – четвёртое место по площади болот и заболоченных земель.

Площадь и число озёр и искусственных водоёмов, болот и заболоченных земель непостоянны, они зависят от природных (водный режим, климатические явления, заболачивание и др.) и, в значительно меньшей степени, антропогенных (осушение территорий и др.) факторов.

Подземные водные ресурсы
Прогнозные ресурсы подземных вод Ямало-Ненецкого автономного округа составляют 29808 тыс. м3/сут (20,91% общего объёма прогнозных ресурсов подземных вод Уральского федерального округа и 3,24% – России). Среди регионов федерального округа Ямало-Ненецкий автономный округ занимает второе место по объёму прогнозных ресурсов подземных вод после Ханты-Мансийского АО.

Запасы подземных вод региона на 1 января 2015 года составляют 723,1 тыс. м3/сут, что соответствует степени изученности 2,43%.

По данным на 1 января 2015 г. за год из подземных водных объектов Ямало-Ненецкого АО добыто и извлечено 156 тыс. м3/сут, в том числе 152,5 – на месторождениях Степень освоения запасов подземных вод составляет 21,09% – третий показатель среди регионов федерального округа после Челябинской и Свердловской областей.