伊犁河上游有三大支流，以特克斯河为主源。特克斯河上源部分来自哈萨克斯坦境内，自西向东流，在东经82°以东折向北流，穿过喀德明山，与巩乃斯河汇合后，始称伊犁河。伊犁河向西流经伊宁途中的雅马渡与哈什河汇合，在接纳支流霍尔果斯河后进入哈萨克斯坦境内，最后注入巴尔喀什湖。

伊犁河上游有三大支流：即特克斯河、哈什河和巩乃斯河。

（1）特克斯河，在卡甫其海以上流域面积27864平方千米，是三大支流中最大者，支流密布，以右岸最为发育，呈树枝状。主要支流有木札特河、夏塔河、阿克牙孜河和科克苏河等，其中以科克苏河为最大。

（2）哈什河，发源于伊兰哈比尔尕山，穿行在婆罗科努山和阿吾拉勒山的山间盆地，由东向西流，在雅马渡以上汇入伊犁河，河长316千米，流域面积10225平方千米，占伊犁河流域面积的18.4%，支流多在右岸，呈平行分布。

（3）巩乃斯河，在三大支流中最小。它发源于阿吾拉勒山和伊兰哈比尔尕山的交界处，由东向西流，大致成一直线，同特克斯河交汇处注入伊犁河，河长258千米，流域面积7213平方千米，约占伊犁河流域面积13%，流域形如柳叶。主要支流为恰甫河。(www.daowen.com)

除上述支流外，伊犁河流域还有北坡和南坡二支水系，这些河流大部分中下游段被引入渠道，只在洪水期才有水注入伊犁河。北坡主要河流有皮里青河、契塔克河、霍尔果斯河等，南坡主要分布在察布查尔锡伯自治县境内，主要有扎格斯台河、洪海那河等。

伊犁河进入哈萨克斯坦境内，平原已基本不产流，主要支流都发源于山地。1970年，伊犁河干流在卡普恰盖峡谷建成卡普恰盖水库，水域面积18200平方千米，库容150亿立方米。该库的建立，完全改变了下游的水文情势，特别是对巴尔喀什湖的影响较大。

伊犁河的终端湖——巴尔喀什湖是中亚最大的内陆湖之一，位于哈萨克斯坦东南部。萨雷伊希科特劳半岛将巴尔喀什湖分为东西两部分，西部称西巴尔喀什湖，东部称东巴尔喀什湖。

巴尔喀什湖平均海拔342.6米，年水面蒸发量为1000毫米，年水面蒸发损耗达182亿立方米。巴尔喀什湖流域面积41.3万平方千米，入湖的主要河流有伊犁河、卡拉塔尔河、阿克苏河等。从1930～1969年，多年平均地表水年入湖水量为150.5亿立方米，其中西部为118.5亿立方米，东部为32亿立方米。卡普恰盖水库建成后，由于引水灌溉和水面蒸发等损耗，1970年后地表水入湖水量减少，1972～1983年平均入湖水量119.8亿立方米，其中西部为93.7亿立方米，东部26.1亿立方米。由于入湖地表水量的减少，使湖水水位下降很快。据计算分析，今日巴尔喀什湖水位比1930～1969年平均水位低1.40米，正常湖水位为342.6米，水面积将缩小2900平方千米，平均水域面积为15310平方千米，储水量减少260亿立方米。