Гидрографическая сеть на территории района представлена реками Волгой, Малым Иргизом, Красной, Сухим Стерехом, Стерехом, Чагрой и системой балок и оврагов, впадающих в них.

Вся западная граница Духовницкого района омывается водами Саратовского водохранилища (р. Волга), протяженность которого составляет 49,5 км.