黄河流域西起巴颜喀拉山，东临渤海，南至秦岭，北抵阴山；从西到东横跨青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和黄淮海平原四个地貌单元。巴颜喀拉山北麓的卡日曲是黄河的正源，源头于巴颜喀拉山脉的雅拉达泽峰，海拔4675米，平均流量1774.5 立方米/秒，一路历经5464千米，最后在山东省注入渤海。流域年平均降水量116-1038 毫米，年均气温-13℃-15℃，空间格局分布明显。东南部地区气温和降水量相对较高，而东北部地区气温和降水量相对较低[25] 。黄河可谓“雪原雷动下天龙，一路狂涛几纵横。裂壁吞沙惊大地，兴云致雨啸苍穹（左河水）”。 黄河是世界第六大长河，中国的第二长河，仅次于长江。[3]
黄河上游自河源至内蒙古河口镇，干流河道长3472千米，流域面积42.8万平方千米，占黄河集水面积的51.3%，径流量占62.0%，输沙量仅占14.9%。河口镇至河南郑州桃花峪为黄河中游，干流河道长1206千米，流域面积34.4万平方千米，占黄河集水面积的45.7%，径流量占28.2%，输沙量占62.8%。桃花峪以下至入海口为黄河下游，干流河道长786千米，流域面积2.3万平方千米[26] 。黄河的入海口河宽1500米，一般为500米，较窄处只有50米，水深一般为2.5米，有的地方深度只有1.2-1.3米。
黄河水系的特点是干流弯曲多变、支流分布不均、河床纵比降较大，流域面积大于1000平方千米的一级支流共76条，其中流域面积大于1万平方千米或入黄泥沙大于0.5亿吨的一级支流有13条。上游有5条，其中湟水、洮河天然来水量分别为48.76亿立方米、48.25亿立方米，是上游径流的主要来源区；中游有7条，其中渭河是黄河最大的一条支流，天然径流量、含沙量分别为92.50亿立方米、4.43亿吨，是中游径流、泥沙的主要来源区；下游有1条，为大汶河。