Большая часть Тянь-Шаня относится к области формирования стока. Реки обычно берут начало из снежников и ледников гляциально-нивального пояса и заканчиваются в бессточных озёрных бассейнах Средней и Центральной Азии, во внутренних озёрах Тянь-Шаня или образуют так называемые "сухие дельты", то есть их воды полностью просачиваются в аллювиальные отложения подгорных равнин и разбираются на орошение. Главные реки относятся к бассейну Сырдарьи (Нарын, Карадарья), Таласа, Чу, Или (с истоками Кунгес и Текес и притоком Каш), Манаса, Тарима (Сарыджаз, Кокшал, Музарт), Кончедарьи (Хайдык-Гол). Для большинства рек характерно чередование горных ущелий и расширений долин, где река разбивается на рукава; в сочетании с большим падением это создаёт благоприятные возможности для гидроэнергетического строительства. На самой крупной реке западной части Тянь-Шаня- Нарыне - каскад ГЭС; построена Учкурганская ГЭС, строится (1976) Токтогульская ГЭС и др. Питание рек преимущественно снеговое, в высокогорных районах в летние месяцы - также ледниковое; максимальный сток в конце весны и летом. Это усиливает народно-хозяйственное значение рек Тянь-Шаня, значительная часть стока которых используется для орошения внутригорных долин и котловин, а также соседних с Тянь-Шанем равнин.
Наиболее крупные озёра Тянь-Шаня тектонического происхождения и расположены в пределах днищ межгорных впадин. К ним относятся бессточное, незамерзающее, солоноватое озеро Иссык-Куль, высокогорные (на высоте более 3000 м) озёра Сонкёль и Чатыркёль, большую часть года покрытые льдом. Распространены также каровые и приледниковые озёра (в том числе озеро Мерцбахера, расположенное между ледниками Северного и Южного Иныльчек). Из озёр Восточного Тянь-Шаня наиболее крупное озеро Баграшкёль, связанное р. Кончедарья с озером Лобнор. На сыртовых равнинах, главным образом в верховьях р. Нарын, и в понижениях моренного рельефа много мелких озёр. Ряд озёр завально-запрудного происхождения и отличается значительной глубиной и крутыми берегами (например, озеро Сары-Челек в южных отрогах Чаткальского хребта).
Наиболее крупные озёра Тянь-Шаня тектонического происхождения и расположены в пределах днищ межгорных впадин. К ним относятся бессточное, незамерзающее, солоноватое озеро Иссык-Куль, высокогорные (на высоте более 3000 м) озёра Сонкёль и Чатыркёль, большую часть года покрытые льдом. Распространены также каровые и приледниковые озёра (в том числе озеро Мерцбахера, расположенное между ледниками Северного и Южного Иныльчек). Из озёр Восточного Тянь-Шаня наиболее крупное озеро Баграшкёль, связанное р. Кончедарья с озером Лобнор. На сыртовых равнинах, главным образом в верховьях р. Нарын, и в понижениях моренного рельефа много мелких озёр. Ряд озёр завально-запрудного происхождения и отличается значительной глубиной и крутыми берегами (например, озеро Сары-Челек в южных отрогах Чаткальского хребта).