Téměř celý kraj odvodňuje řeka Ohře ústící do Labe. Jihovýchodní oblast náleží do povodí řeky Berounky. V kraji bylo vybudováno několik vodních nádrží.

Jesenice

Nedaleko Chebu se nachází vodní nádrž Jesenice. Je to největší vodní nádrž v Karlovarském kraji. Hráz jesenické přehrady na říčce Odravě je dlouhá 800 metrů a vysoká 22 metrů. Hloubka u hráze přesahuje 15 metrů. Má mimořádně čistou vodu. Jedná se o rekreační oblast, z velké části je obklopena kempy, kterých se tu nachází nejvíc z celé oblasti v okolí Chebu a Františkových lázní. U zdejší vesnice Dřenice nalezneme v nádrži Jesenice dokonce plovárnu. Na západním konci nádrže vystupuje z vodní hladiny zatopený železniční most.

Žlutice

Vodní nádrž Žlutice se nachází na malebné říčce Střela asi 30 kilometrů jihovýchodně od Karlových Varů. Protože je v Karlovarském kraji málo podzemních zdrojů pitné vody, je voda z nádrže Žlutice využívána po úpravě jako pitná voda pro Žatec, Toužim, Podbořany a jejich okolí. Dále slouží průmyslu a pro závlahy. Částečně zajišťuje i ochranu před povodněmi. Nádrž je dále využívána k chovu ryb. Hráz má dlouhou 235 metrů a 27 metrů vysokou. Lesnaté okolí přehrady spolu se stejnojmennou obcí Žlutice nabízí ideální podmínky pro rekreaci. Dominantou okolní krajiny je vrch Vladař.