Все реки в пределах Хилокского района принадлежат бассейну озера Байкал. Главными водными артериями являются реки Хилок и Блудная, характеризующиеся сильной разветвлённостью и меандрированием русла. При этом Хилок пересекает всю территорию района с востока на запад. Общая длина рек в пределах района составляет 944 км.

В течение последних десятилетий, в связи со значительным объёмом лесозаготовок, отмечается обмеление многих рек и речек. Весеннее половодье выражено достаточно ярко. Летние паводки случались после обильных дождей и в 1932, 1936, 1969 и 1991 годах принимали катастрофический характер.

Озёра на территории района в основном являются пойменными.

Реки Хилокского района:
Хила
Северная Горека
Хуртэй
Зун-Нэмэтэй
Толбага
Улетка
Ортинка
Саранка
Тайдутка
Гуйлон

Пресные подземные воды
Гыршелунское месторождение подземных вод.

В Хилокском районе водоносный горизонт современных аллювиальных отложений речных долин, на эксплуатации которого базируется в настоящее время водоснабжение г. Хилок, является вторым по значимости и обеспечивает 22% от добываемых по бассейну подземных вод. Для г. Хилок оценены запасы по Гыршелунскому месторождению (8 тыс. м3/сут) и в отчетном году утверждены запасы на Хилокском месторождении по результатам эксплуатации действующих водозаборов в количестве 1,3 тыс. м3/сут. В 2015 г. в Хилокском районе было добыто и потрачено на хозяйственно-питьевые цели 1,433 тыс. м3/‌‌сут подземных вод. Объем удельного водопотребления равнялся подземных вод 0,04294 м3/сут.

Родники, минеральные источники Хилокского района:
Родники с. Бада 51.393557, 109.867539 51.391849, 109.866943 51.389284, 109.867273
Родник «Бугутуй» с. Бада 51.390571, 109.867389
Родники у с. Бада 51.426906, 109.877178 51.435037, 109.888694
Источник у с. Гыршелун
Источник «Кислый» у с. Загарино 51.698000, 111.718139
Источник у с. Тэрэпхэн
Источник у с. Хилгосон
Родник «Аршан» у г. Хилок 51.387872, 110.174273
Источник в устье р. Аршан (уточнить)
Родник «Лохматы» 50.767056, 110.278833
Источник «Шибирка»