Гидрологическая сеть заповедника «Байкало-Ленский» исключительно богата. Его восточная граница на протяжении 112 км соседствует с Байкалом. Здесь рождаются истоки реки Лены, которая в пределах заповедника проходит на расстоянии до 250 км, покрыв их, кроме того, густой сетью многочисленных притоков. В районе водопоста Чанчур, расположенном на границе с заповедником, площадь водосбора р. Лена составляет 4690 кв. км. Основными притоками Лены на территории заповедника являются реки: Алиллей, Анай, Негнедай, Панкуча, Юхта 1-ая, Юхта 2-ая, Малая Лена.
Реки восточного макросклона Байкальского хребта маловодны, русла их короткие, поток воды в некоторых из них в межень не доходит до Байкала и переходит в подземный сток. Наиболее крупные из них рр. Солнцепадь, Ледяная. На восточном склоне в заповеднике находятся среднее и верхнее течение р. Хейрем (устье ее открывается в пределах Прибайкальского национального парка). Общая длина речной сети заповедника — 1400 км.
В различных ландшафтах заповедника существуют многочисленные малые озера. Они представляют собой типичные элементы ландшафта во всех вертикальных поясах и имеют различное происхождение (пойменные, лагунные, «соровые», термокарстовые, ледниковые и др.). Хорошо прогреваемые мелководные прибрежные озера, расположенные на одном уровне с Байкалом, резко контрастируют с очень холодными и кристально чистыми водоемами высокогорий. По химическому составу воды озера Байкальского хребта относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевым и сульфатно-кальциево-магниевым. Питание озер происходит в основном за счет атмосферных осадков — дождя и частично снега. Поэтому все они имеют незначительную минерализацию и относятся к ультрапресным. Наиболее крупное озеро располагается на мысе Малый Солонцовый (побережье Байкала). Площадь — 152 га.
Среди прибрежных отмечено еще семь озер, по площади от 0,5 до 40 га. Подпитка их происходит за счет грунтовых вод и поверхностного питания: таяние снежного покрова, дождевые стоки. Также во время штормов во многие озера попадает вода из Байкала. По солевому составу они относятся к маломинерализованным гидрокарбонатно-кальциевым водам I и II типов с хорошо выраженной однородностью химического состава воды от поверхности до дна. В течение года характер озерной воды меняется от слабощелочного (рН 8.4 в августе) до слабокислого (рН 6.96 в феврале).
Имеется большое количество пойменных озер имеющих размеры 1-10 га. Водоемов, занимающих площадь более 1 га, насчитывается 77. Из них 55 озер относятся к бассейну р. Лена, 11 — р. Тонгода (приток р. Киренга), 2 — р. Левая Киренга. Общая площадь водно-болотных угодий заповедника — 2,534 тыс. га.