尼罗河流域分为7个大区：东非湖区高原、山岳河流区、白尼罗河区、青尼罗河区、阿特巴拉河区、喀土穆以北尼罗河区和尼罗河三角洲。该河北流，经过坦桑尼亚、卢旺达和乌干达，从西边注入非洲第一大湖维多利亚湖。尼罗河干流就源起该湖，称维多利亚尼罗河。河流穿过基奥加湖和艾伯特湖，流出后称艾伯特尼罗河，该河与索巴特河汇合后，称白尼罗河。另一条源出中央埃塞俄比亚高地的青尼罗河与白尼罗河在苏丹的喀土穆汇合，然后在达迈尔以北接纳最后一条主要支流阿特巴拉河，称尼罗河。尼罗河由此向西北绕了一个S形，经过三个瀑布后注入纳塞尔水库（湖）。河水出水库经埃及首都进入尼罗河三角洲后，分成若干支流，最后注入地中海东端。
尼罗河有定期泛滥的特点，在苏丹北部通常5月即开始涨水，8月达到最高水位，以后水位逐渐下降，1至5月为低水位。虽然洪水是有规律发生的，但是水量及涨潮的时间变化很大。产生这种现象的原因是青尼罗河和阿特巴拉河，这两条河的水源来自埃塞俄比亚高原上的季节性暴雨。尼罗河的河水80%以上是由埃塞俄比亚高原提供的，其余的水来自东非高原湖。洪水到来时，会淹没两岸农田，洪水退后，又会留下一层厚厚的淤泥，形成肥沃的土壤。四五千年前，埃及人就知道了如何掌握洪水的规律和利用两岸肥沃的土地。很久以来，尼罗河河谷一直是棉田连绵、稻花飘香。在撒哈拉沙漠和阿拉伯沙漠的左右夹持中，蜿蜒的尼罗河犹如一条绿色的走廓，充满着无限的生机。
白尼罗河发源于赤道多雨区，水量丰富而又稳定。但在流出高原，进入盆地后，由于地势极其平坦，水流异常缓慢，水中繁生的植物也延滞了水流前进，在低纬干燥地区的阳光照射下蒸发强烈，从而损耗了巨额水量，能流到下游的水很少。白尼罗河在与青尼罗河会合处的年平均流量为每秒890立方米，大约是青尼罗河的一半。尼罗河下游 水量主要来自源于埃塞俄比亚高原的索巴特河、青尼罗河和阿特巴拉河，其中以青尼罗河为最重要。索巴特河是白尼罗河支流，它于5月开始涨水，最高水位出现在11月，此时索巴特河水位高于白尼罗河，顶托后者而使其倒灌，从而加强了白尼罗河上游水量的蒸发。青尼罗河发源于埃塞俄比亚高原上的塔纳湖，上游处于热带山地多雨区，水源丰富。由于降水有强烈鲜明的季节性，河水流量的年内变化很大。春季水量有限，6月开始涨水，接着即迅猛持续上涨，至9月初达到高峰。在此期间，它也会使白尼罗河形成倒灌。11～12月水位下落，以后即是枯水期。枯水期的最小流量不及每秒100立方米，约为洪水期最大流量的1/60。阿特巴拉河也发源于埃塞俄比亚高原，由于位置偏北，雨量更为集中，加上其流域面积小，所以流量变化更大。冬季断流，河床成为一连串小湖泊。
尼罗河有很长的河段流经沙漠，河水水量在那里只有损失而无补给。由于河流的上源为热带多雨区域，那里有巨大的流量，虽然在沙漠沿途因蒸发、渗漏而失去大量径流，尼罗河仍然能维持一条长年流水的河道。像尼罗河这种不是由当地的径流汇聚而成，只是单纯流过的河，称为客河。当地的气候条件对这些“客河”的形成没有积极的作用，只有消极的影响。
尼罗河干流的洪水于6月到喀土穆（苏丹首都），9月达到最高水位。开罗于10月出现最大洪峰。尼罗河的全部水量中，60%来自青尼罗河，32%由白尼罗河供给，剩下8%来自阿特巴拉河。但洪水期和枯水期有很大变化。在洪水期，尼罗河水量中青尼罗河占68%，白尼罗河占10%，阿特巴拉河占22%；在枯水期，尼罗河水量中青尼罗柯下降为17%，白尼罗河上升到83%，而阿特巴拉河此时断流，无径流汇入。上述几条河流在尼罗河水量中所占比例的大小和变化，与各河流域的降水多寡、季节分配特点有密切关系。
在更新世，朱巴和喀土穆之间曾是一个大湖，湖水由当时已经存在的青、白尼罗河补给。后来，湖水高出盆地边缘，通过喀土穆以北的峡谷，向北沿着古尼罗河流入地中海，于是便出现了的尼罗河水系。
苏丹的尼穆莱（Nimule）以上为上游河段，长1730公里，自上而下分别称为卡盖拉河、维多利亚尼罗(Victoria Nile)河和艾伯特尼罗(Albert Nile)河。
尼罗河有两个源头，一个发源于2621米的热带中非山区，叫白尼罗河。白尼罗河流经维多利亚湖、基奥加湖等庞大的湖区，穿过乌干达的丛林，经苏丹北上。尼罗河的另一个源头在海拔2000米的埃塞俄比亚高地。叫青尼罗河。青尼罗河全长680公里，它穿过塔纳湖，然后急转直下，形成一泻千里的水流，这就是非洲著名的第二大瀑布——梯斯塞特瀑布。呼啸的青尼罗河冲入苏丹平原后与平静的白尼罗河相会，才称为尼罗河。
尼罗河源自布隆迪的鲁武武河，与尼亚瓦龙古河汇流后称卡盖拉河，流经卢旺达和坦桑尼亚与乌干达的边界地区，注入维多利亚湖。自维多利亚湖北端流出后称维多利亚尼罗河，入尼罗河流域水系和已建闸、坝示意图乌干达境内，不久流入基奥加湖。又向西经一段流程注入艾伯特湖（蒙博托湖），落差400米。出艾伯特湖后向北流称艾伯特尼罗河，接纳由右岸汇入的阿帕盖尔河，过尼穆莱峡谷后即进入苏丹平原。自尼穆莱起河流名为白尼罗河，
从尼穆莱至喀土穆为尼罗河中游，长1930公里，称为白尼罗河，其中马拉卡勒以上又称杰贝勒河，最大的支流青尼罗河在喀土穆下游汇入。尼穆莱至马拉卡勒河段又称杰贝勒河。朱巴以下900公里河段所流经的地区是苏德沼泽区。出沼泽区后自右岸接纳索巴特河，河流径流量倍增。此后直至喀土穆河流两岸多为半荒漠地区。从尼穆莱至喀十穆全程930公里，落差80米。
白尼罗河和青尼罗河汇合后称为尼罗河，属下游河段，长约3000公里。尼罗河穿过撒哈拉沙漠，在开罗以北进入河口三角洲，在三角洲上分成东、西两支注入地中海。
在喀土穆有青尼罗河汇入，此后的河段称尼罗河。喀土穆至阿斯旺流程约1850公里，落差约290米，两岸为沙漠地区，其间主要支擅是阿特巴拉河。由阿斯旺至开罗流程约900公里，落差很小。从开罗下游20公里处开始，尼罗河进入三角洲地带，面积约2.2～2.4万平方公里，河汊及湖泊密布，最大的汊河是杜姆亚特河及赖希德河，每条河长均在200公里左右。
尼罗河主要支流有阿丘瓦河、加扎勒河、索巴特河、青尼罗河和阿特巴拉河等。
白尼罗河是尼罗河的源出东非高原的布隆迪。尼罗河最上游是卡盖拉河，它发源于布隆迪境内，下游注入维多利亚湖。湖水经欧文瀑布流入基奥加湖，出湖后名维多利亚尼罗河，又经卡巴雷加瀑布流入阿伯特湖。湖水自北端流出，名阿伯特尼罗河。自尼木累以下名白尼罗河。尼罗河的支流中，最为人所知的就白尼罗河和青尼罗河，一条婉约，一条奔放，常被人们用“情人”来形容。
白尼罗河顺东非高原侧坡北流，河谷深狭，多急滩瀑布。自博尔向北，白尼罗河流入平浅的沼泽盆地，水流缓慢，河中繁生大量以纸草为主的水生植物。白尼罗河向北流出盆地后，先后会合索巴特河、青尼罗河和阿特巴拉河，以下再无支流。英国探险家约翰·亨宁·斯皮克1862年7月28日发现了尼罗河在维多利亚湖的“源头”，当时计算河流全长为5588公里，后发现最远的源头是布隆迪东非湖区中的卡盖拉河的发源地。
青尼罗河是尼罗河的最大支流，全长约1700公里，流域面积为32.5万平方公里。发源于埃塞俄比亚高原戈贾姆高地，向北注入塔纳湖，这一河段称为小阿巴依河。青尼罗河从塔纳湖南端流出后至苏丹边界称阿巴依河，由于熔岩梗阻，向南绕过比尔汉峰（海拔4154米），折而向西北进入苏丹境内。
在860公里的流程内，河床下降1320米，比降达1：650。沿途多瀑布急流，其中最著名的是提斯埃萨特瀑布。它位于塔纳湖南岸巴哈尔达尔下游约30公里处，跌水高差达45.8米。该瀑布以上约3公里处还有阿腊法米瀑布，落差约6米。阿巴依河在埃塞俄比亚境内辗转迂回，沿途接纳许多支流。这些支流主要集中在左岸，有巴希罗河、贾马河、穆格尔河、迪德萨河和达布斯河等，均为常年有水的河流。右岸河流既少又小，唯一常年有水的支流是伯莱斯河，坡陡流急。这一河段由于流势湍急，散失水量不大。由于青尼罗河源在干湿季分明的埃塞俄比亚高原，水量丰沛，沿途损耗又较小，所以水文特征与白尼罗河截然相反。这些特征表现为：①径流量大；②落差大；②流量季节变化和年际变化都很大。
卡盖拉河，非洲东部河流。源出布隆迪西南部，由鲁武武河和尼亚瓦龙古河汇流而成。流经坦桑尼亚、卢旺达、乌干达，注入维多利亚湖，长400公里。上游流经山地，有鲁苏莫瀑布；下游水流平稳，水量丰富，可通航。是流入维多利亚湖诸河中最长者，通常被认作是尼罗河的上源。
由发源于苏丹西南部高原的耶伊河、朱尔河、洛尔河等“条河湖（多数为季节性河湖）组成帅时L勒水系从左岸汇入杰贝勒河。加扎勒河湖域沼泽面积达4万平方公里，除朱尔河之外，其它所有支湖均消失于大沼泽中，每年注入尼罗河的水量很少。
该河流向西北，在马拉卡勒以南汇入白尼罗河。是白尼罗河右岸支流，由巴罗河与皮博尔河汇流而成，从巴罗河源头计起全长730公里，流域面积25万平方公里，每年6～12月为雨季，河水很大，最大流量发生在11月。河口平均流量412m³/s。雨季从河口至纳绥尔城300公里河段可通航。
阿特巴拉河是尼罗河最后—条支流，源自塔纳湖以北的贡德尔地区，河长1120公里。主要支流有特克泽河。特克泽河发源于埃塞俄比亚高原东北部北纬12°，东经39°30'附近。至苏丹境内舒沃克流入阿特巴拉河，流程约864公里，河床比降1：800。阿特巴拉河接纳特克泽河后进入苏丹粘土平原，经500公里左右的流程在阿特巴拉汇入尼罗河于流，比降为1：4000。
虽然阿特巴拉河与青尼罗河一样源自埃塞俄比亚高原，但缺乏像塔纳湖那样的天然水库，因此水文特征较之青尼罗河，又不尽相同：
①年平均径流量为120亿立方米，是尼罗河重要支流之一。
②为季节性河流，每年1～5月河床干涸，讯期集中在7～9月，8月份流量最大，达2037m³/s。河水暴涨暴落，流量季节变化之大比青尼罗河更甚。
③河流泥沙较多。
尼罗河流域南起东非高原，北抵地中海岸，东倚埃塞俄比亚高原，并沿红海向西北延伸，西邻刚果盆地、乍
得盆地并沿马腊山脉、大吉勒夫高原和利比亚沙漠向北延伸。
流域地貌可简单归结为以下三点：主要由结晶岩组成的东非高原和由熔岩构成的埃塞俄比亚高原分别踞于流域的南侧和东南侧；整个苏丹基本上是一个由南往北微缓倾斜的巨大构造盆地，尼罗河纵贯其间；喀土穆以下尼罗河东西两侧则为广阔的沙漠台地。
尼罗河最上游是卡盖拉河，它源于东非高原布隆迪境内。白尼罗河两岸平坦，偶有基岩出露。白、青两尼罗河合流处的周围是吉齐拉平原。合流点以下的河段名尼罗河。尼罗河在喀土穆以北流经沉积岩区。河谷是平底的浅峡谷。瓦迪哈勒法附近的谷地宽仅201米，由此至阿斯旺一段的河谷都很狭窄。阿斯旺以下，河谷展宽，至纳贾哈马迪一带约16公里。河道傍近东岸，河谷平原多在河西。喀士穆至阿斯旺之间有6处瀑布，它们都是由于组成河谷东侧高原的基底结晶岩西延至谷中而造成的。两岸谷壁不对称，东壁高陡，西壁低缓。
河源至维多利亚湖出口的河源段具有明显的山地河流特征，维多利亚湖出口至尼穆莱，河床比降达1：1200，沿途有卡巴雷加瀑布。该河段流经地区除了维多利亚湖、基奥加湖等裂谷间的高原浅水湖泊，还有沿西支裂谷发育的蒙博托湖、爱德华湖和乔治湖等断层湖泊。
尼罗河流经广阔的苏丹粘土平原，地势平坦，比降极缓，马拉卡勒以上比降只有1：13900，沿途沼泽密布，河道分汊漫流。从马拉卡勒至喀土穆，河床比降更趋平缓，仅1：100000。
尼罗河下游河段可细分为：①喀土穆至阿斯旺的峡谷段，尼罗河切穿广袤的沙漠谷地，奔流而下，比降1：6000。由于结晶岩广泛出露，河床基岩软硬相间，形成著名的六大瀑布群；②阿斯旺至开罗段，穿越东、西部沙漠之间，河谷宽展而平坦，沿岸有狭长的河漫滩，比降为1:13000；③开罗以下的河口段，大致从开罗以下20公里处开始，河流分汊注入地中海，形成巨大的尼罗河三角洲，面积达2.4万平方公里，冲积土层平均厚度在18米以上，地表平坦，河网纵横，渠道密布，沿海多泻湖和沙洲。
尼罗河流域跨纬度35°，南北气候迥然不同，呈现明显的纬度地带性，同时非地带性因素（主要是地形）也在一定程度上影响气候带的分布。
位于流域东南部的埃塞俄比亚高原，由于地形隆起，气候出现垂直带谱，并具有干湿季分明的特点。夏季，北非和阿拉伯半岛上空属低压带，南印度洋吹来的东南信风越过赤道转为西南风，与来自几内亚湾的湿热气流合并为强大的西南气流，沿高原迎风坡抬升，形成7～9月的“大雨期”。冬季，高原盛行来自西南亚大陆干燥的东北风，形成10月至翌年2月的干季。3～4月，苏丹位于低压中心，从印度洋面吸引一股湿润气流，在高原大部分地区形成“大雨期”前的“小雨期”。高原年平均降雨量1000～2000毫米，是尼罗河流域最重要的降雨中心。
流域南部，东非高原西北部不仅受来自几内亚湾湿润气流的影响，而且由于地处赤道湖区，太阳辐射强烈，对流旺盛，因此雨量充沛，年平均降雨量1200～1300毫米，季节分配也较均匀：月平均降雨量最多不超过180～200毫米，最少不低于50～60毫米，没有明显的干季，相对湿度约为70%，这是尼罗河流域的另一个降雨中心。
由尼穆莱往北，雨季缩短，雨量递减，等雨线基本上呈纬向分布。苏丹南部雨季出现在4～10月，中北部则限于7～8月。喀土穆年雨量不足200毫米，而栋古拉—开罗之间年雨量更在25毫米以下，阿西尤特以南经常终年无雨。由于受地中海式气候的影响，自开罗起北至沿海，年雨量从25毫米渐增至200毫米，降雨多在冬季。
尼罗河在阿斯旺的多年平均径流量为840亿立方米，即尼罗河的总水量。由于尼罗河流经不同的自然带，水资源的分布亦呈现明显的纬度地带性。流域径流资源总的趋势是由南往北递减。同时，由于非地带性因素（地形）的影响，对水资源的纬向分布产生干扰，在流域内形成最主要的水源区一埃塞俄比亚高原和最大的耗水区一苏丹南部广大沼泽，从而改变了尼罗河流域水量平衡状况。在地带性和非地带性因素的综合作用下，尼罗河流域水资源的空间分布极不均衡，地域差异十分明显。
见尼罗河水系各流域径流资源表，表中列有7个径流区，其中4个是产水区，3个是失水区。
由于尼罗河干支流各流域自然水文特性和水资源状况互有异同，故根据水资源特征，结合气候、地形等因素，将整个尼罗河流域大致分为4个区域：
范围自河源至蒙加拉，面积46.6万平方公里，地处热带雨林、稀树草原，降雨比较丰富，是流域两大降雨中心之一。由于降雨季节分配比较均匀，加上有众多湖泊调节，径流变化较小，这一地区河床比降大，沿途多瀑布急流，有鲁苏木、欧文、卡巴雷加和富拉瀑布等。水能资源比较丰富，仅卡巴雷加瀑布潜在水能资源就达50亿kW·h。
除了青尼罗河、阿特巴拉河流域外，本区还包括索巴特河上游地区，面积约46.9万平方公里。自然景观呈现垂直带谱、降雨丰沛，但季节分配很不均匀，绝大部分降雨集中在5～9月。干湿季节分明，河水陡涨陡落，形成明显的洪水期和枯水期。这一地区提供的水量占尼罗河干流年径流量的89%，是尼罗河流域的主要水源。
由于落差大、水量多，水能资源最为丰富。仅埃塞俄比亚境内青尼罗河流域水能蕴藏量就达1720亿kW·h，经济上可开发的水能资源为380亿kW·h。
范围自蒙加拉至喀土穆，包括杰贝勒河、加扎勒河、索巴特中、下游以及白尼罗河等流域，面积达89.4万平方公里。自然景观从南往北由热带稀树草原过渡为半荒漠。年平均降雨量从946毫米（蒙加拉）减至167毫米（喀土穆），本区比降极缓，沼泽广泛分布。蒸发消耗大，沼泽失水严重。
范围自喀土穆至河口（除阿特巴拉河流域外），面积达105.1万平方公里，自然景观为热带沙漠，降雨稀少，蒸发强烈。这是一个径流上完全依赖上游补给的沙漠失水区。
在喀土穆至阿斯旺河段，河流下切很深，有六处瀑布，水能资源较为丰富。
