北美洲地跨热带、温带、寒带，气候复杂多样。由于北美洲所有的山脉都是南北或近似南北走向，因此从太平洋来的湿润空气仅能到达西部沿海地区，从北冰洋来的冷空气可以经过中部平原南下，从热带大西洋吹来的湿润空气也可经过中部平原深入到北部，故北美洲的气候稳定，冬季有时寒冷有时温暖。比如墨西哥湾沿岸的亚热带地区，冬季也会发生严寒和下雪的现象。
北美洲的外流区域约占全洲面积的88％，其中大西洋流域面积约占全洲的48％，太平洋流域约占20％。除圣劳伦斯河以外，所有的大河都发源于落基山脉。落基山脉以东的河流分别流入大西洋和北冰洋，以西的河流则注入太平洋。内流区域（包括无流区）约占全洲面积的12％，主要分布在美国西部的大盆地及格陵兰岛附近。
北美洲最大的河流是密西西比河，其长度也是世界第四大河。此外，重要的河流还有马更些河、育空河、圣劳伦斯河和格兰德河等。河流上多有瀑布分别，其中落差最大的瀑布是约塞米蒂瀑布，落差达700米。
北美洲内湖泊较多，淡水湖总面积约有40万平方千米，居众大洲之首。这些湖泊主要分布在大陆的北半部。中部高原区的五大湖——苏必利尔湖、休伦湖、密歇根湖、伊利湖和安大略湖，总面积可达24.53万平方千米，是世界上最大的淡水湖群，素有“北美地中海”之称。其中，苏必利尔湖为世界第一大淡水湖。
