El municipio de Villanueva del Río Segura está surcado por las aguas del Río Segura, éste discurre al Norte del Municipio, describiendo una amplia curva entre elevaciones montañosas.

Además del Río Segura, otros cauces de aguas superficiales, de carácter exorreico, surcan el territorio, destacando la rambla del Mayés, rambla de Agua Amarga, rambla del Salar de Archena, barranco de Villanueva y rambla del Tollo. Salvo la rambla del Mayés, situada al Norte del Municipio, el resto de los cauces se localizan en la mitad meridional del mismo.