На территории области находится 3425 котловин существующих и исчезнувших озёр, суммарная площадь которых составляет 4800 км2. Озерность территории – самая высокая среди всех северных областей Казахстана, она равна примерно 3,9% ее территории. Самыми крупными по площади водного зеркала являются озеро Силетытениз (777 км²), Теке (265 км²), Шагалалытениз (240 км²), Киши-Караой (102 км²). Кроме того, в области имеются также озера известные своими минеральными солями, лечебными водами и грязями, в том числе уникальное озеро Майбалык.
Многие озера богаты торфяными отложениями. Лечебные грязи обнаружены на озерах Жаманколь, Менкесер, Снежинка-Кривое и других водоемах. На озерах гнездится около 30 видов водоплавающих птиц, а ихтиофауна насчитывает почти три десятка видов рыб. Среди них – щука, карась, окунь, ёрш, язь, карп, сиговые. Основные объекты рыбного промысла – карась и окунь.
На реке Ишим на территории области существует Сергеевское водохранилище, созданное в конце 60-х годов XX века, площадью около 117 км². Водохранилище простирается почти на 30 км. Это один из крупных искусственных водных бассейнов Казахстана. Его ширина колеблется от 4 до 8 км, максимальная глубина — 32 м, объем воды — 85 млн. м3.
К слову, река Ишим является главной водной артерией региона. Она берет начало в горах Нияз, на высоте 560 метров над уровнем моря и впадает в Иртыш. Длина реки составляет 2450 км. Сток Ишима формируется в пределах Сарыарки, где он принимает свои главные притоки – речки Жабай, Акканбурлык, Иманбурлык с Сарыозеком. В равнинной части области в реку впадают ручьи Теренсай, Шудасай, Баганаты, Коктерекский, Александровский и Омутнинский.Все реки в Северо-Казахстанской области принадлежат бассейну Оби.