伊犁河上游为山区河流，在伊犁村以上，河道蜿蜓曲折，穿流在多沼泽与湖泊的宽河谷中。自伊犁村以下，进入横穿卡洛伊高地的多岩石的康查盖峡谷中，然后又进入卡普恰盖峡谷，著名的卡普恰盖水电站即修建在此。在最后一条支流库尔特河注入之后，河谷急剧扩宽，从萨雷耶西克特劳和陶库姆沙漠中穿流。距下游l00km处，为多河汉和长满芦苇的现代三角洲（其面积大约有9000平方千米）。
中国境内的伊犁河流域形似向西开口的三角形，有3条自西向东逐渐收缩的山脉。北为天山北支婆罗科努山及伊连哈比尔尕山，南为天山南支哈尔克山及那拉提山，中为山势较低的克特绵山、伊什格里克山。北部和中部山岭之间为伊犁河谷与喀什河谷，南部和中部山岭之间为特克斯河谷与巩乃斯河谷。流域东西长约400km，东端为高大山体所封闭。西端河流出口高程约为海拔520m，东西地形自然纵坡高达11．2%。为地形雨的形成创造了有利条件。
上述封闭、半封闭的特殊地形，北可抵御来自西伯利亚的干冷气流，东可抗拒来自哈密、吐鲁番等盆地的干热，南可阻止塔里木沙漠风沙的入侵。
新疆境内伊犁河流域形似向西开口的三角形，有3条自西向东逐渐收缩的山脉，全流域处于迎风面，降水丰富，谷地年降水量约300毫米，山地年降水量500～1000毫米。集水区内山地面积占68%，是径流的重要原因。
由于伊犁河的大多数支流均由外伊犁河套流出，有利于径流的形成。在右岸支流中，能流至伊犁河的只有霍尔果斯河，其余的河流都在中途消失了。
伊犁河流域除常年接受大西洋等水域水汽补给外，同时还因南北两侧天山支脉山体高大，流域内大小冰川和永久积雪分布宽广，计有各类大小冰川1600多条，总面积2100多平方公里。初估净储水量2300多亿立方米，相当于同等体积的永久固体水库。每年可补给河川径流水量约为20亿～25亿立方米，占地表产水量的13．2%～16．5%。伊犁河通常在12月封冻，次年3月解冻。
伊犁河各主要支流，因得益于均匀的降水和冰川的有效调节，虽然每年均有汛期，但洪峰频率曲线显示平坦，而且连续数日时段洪量不大。洪峰和洪量均处于相对平稳状态，历史上未曾出现过大范围的严重洪水灾害。
条内陆河，又是中国和哈萨克斯坦的国际河流。位于天山北支婆罗科努山与南支哈尔克山之间，是中国天山水资源最丰富的山段。上游有3条源流，即特克斯河、巩乃斯河和喀什河，主源为特克斯河。发源于哈萨克斯坦境内的汗腾格里主峰北坡，由西向东流，进入中国，在东经82°折向北流，穿过喀德明山脉，与右岸的巩乃斯河汇合，北流汇合喀什河后始称伊犁河，西流150km霍尔果斯河汇人后又回到哈萨克斯坦，继续西流进入卡普恰盖峡谷区并接纳最后一条大支流库尔特河，然后流经萨雷耶西克特劳沙漠区，最后注入巴尔喀什湖。伊犁河雅马渡站以上为上游，雅马渡至哈萨克斯坦的伊村（卡普恰盖）为中游，伊犁村至巴尔喀什湖为下游。
伊犁河流域先秦为塞种游牧地，汉为乌孙地，受辖于西域都护府。中国史书对伊犁河记述甚早，《汉书·陈汤传》作伊列水；《唐书·突厥传》作伊丽水；元为察合台汗封地，《元史》及耶律楚材《西游录》均作亦刺河；据《西域同文志》称，“准语伊犁即伊勒，光明显达之谓”
水资源
新疆境内的伊犁河流域形似向西开口的三角形，有3条自西向东逐渐收缩的山脉，北为天山北支婆罗科努及伊连哈比尔尕山段，南为天山南支哈尔克及那拉提等山段，中为山势较低的克特绵、伊什格里克等山段。北部和中部山段之间为伊犁河谷与喀什河谷，南部和中部山段之间为特克斯河谷与巩乃斯河谷。因向西开口，全流域处于迎风面，降水丰富，谷地年降水量约300毫米，山地年降水量500～1000毫米。集水区内山地面积占68%，是径流丰富的重要原因。由于降水丰富，山地能自然形成植被，低山缓坡还能经营旱地农业，河谷平原的农田与林带则需要补充灌溉，但耗水不多。
伊犁河流出国境的年径流量约130亿立方米。因流域范围处于天山最高峰地区，故降水多，流量丰富，落差也大，水能蕴藏量700多万千瓦，占新疆水能蕴藏总量21%，如全部开发，每年可得电能620亿度。开发条件好的水力地址有30多处，可装机300万千瓦，占新疆开发条件好的水力资源30%。
其他资源
由于降水丰富，山地能自然形成植被，低山缓坡还能经营旱地农业，河谷平原的农田与林带则需要补充灌溉，但耗水不多。伊犁河流出国境的年径流量约130亿立方米，水能蕴藏量700多万千瓦，占新疆水能蕴藏总量的21%，如果全部开发，每年可得电能620亿千瓦小时。伊犁河流域植被覆盖率为新疆最高的地区，平均覆盖度达到90%。低山带为优质春秋草场，中山带为茂密云杉林，高山带为优质夏季草场。流域内矿产资源丰富，已发现的有远景的矿产有20多种，分布于60多处。煤矿分布于伊宁、察布查尔、尼勒克、特克斯、昭苏等地，其中，侏罗系煤层分布广，储量大，质量好。铁矿主要集中于新源和昭苏，储量2000多万吨，大部分为工业储量。此外，昭苏的锰、尼勒克的铜、铅、特克斯的铜、伴生的钛矿和伊宁的钒矿、铝土、火粘土、石英砂、砂金及白云母等矿产在流域内分布广泛。
伊犁河集水区可分4部分：①特克斯河。为伊犁河西源，亦为最大支流，发源于哈萨克斯坦境内汗腾格里峰北坡，进入新疆后经昭苏、特克斯2县，在巩留县东北与巩乃斯河汇合后称伊犁河。年径流量86亿立方米，主要产生于哈尔克山北坡。②巩乃斯河。为伊犁河东源南支，发源于和静县西北角安迪尔山南坡，年径流量20亿立方米，向西穿过新源县境，至巩留县与特克斯河汇合。③喀什河。为伊犁河东源北支，源于天山北支南坡，向西穿过尼勒克县，至伊宁县雅马渡汇入伊犁河，年径流量39亿立方米。④雅马渡以下共有小支流39条，共产生年径流量21亿立方米。其中，北岸支流16条，共产生18亿立方米；南岸支流13条，共产生3亿立方米。
恰伦河
恰伦河位于哈萨克斯坦的阿拉木图州，是伊犁河的左侧支流。河长427km，流域面积为7720平方公里。发源于克特缅山脉的南部坡地，其下游被分成许多河汊。河水补给为雪水和地下水。在距河口84km处的平均流量为35．4立方米/秒。河水在11月一次年2月封冻，3～4月初解冻。
奇利克河
奇利克河位于哈萨克斯坦的阿拉木图州，是伊犁河的左侧支流。奇利克河长245km，流域面积4980平方公里。该河发源于外伊犁山脉的南部坡地；河流进入伊犁盆地后被分成库尔奇利克和乌利洪奇利克两条河汊。奇利克河最后注入卡普恰盖水库。河水为冰川、雪水补给型。该河在距其河口63km处的平均流量为32.2立方米/秒。
霍尔果斯河
霍尔果斯河有二源，南源出中国新疆维吾尔自治区温泉县西南别珍套山西南麓，西流折向西北流，至中、哈边境汇合北源。北源出自哈萨克斯坦境内托克桑巴依山南麓，南流汇合南源后，主要河道沿中、哈边界西南流，在中国霍城与察布查尔两县之间汇人干流。全长约140km，其中中国境内长69km，流域面积2736平方公里。自然落差2500m。水能理论蕴藏量22.65万kW。流域地势东北高，西南较低。支流向左右岸伸展较均衡，水量充沛。
巩乃斯河
巩乃斯河源出于新疆维吾尔自治区天山山脉依哈比尔朵山西麓，西流折向北流，在巩留县托铁达坂与喀拉布拉之间汇合特克斯河后，又汇合喀什河称伊犁河，全长约220km，流域面积4123平方公里。年最大径流量22.9亿立方米，年最小径流量9.31亿立方米，多年平均径年流量16.4亿立方米。年均径流深397.8mm。多年平均含沙量0.34kg/立方米。流域内地势西南高，北部低，海拔在2502～4212m之间，河道顺直，支流发育。主要支流有恰合普河、阿尔普河等。
特克斯河
特克斯河全长约430km。流域面积8635平方公里。年最大径流量23亿立方米，年最小径流量17.2亿立方米，年均径流量20.8亿立方米，在夏季时有洪水发生。多年平均含沙量0.47kg/立方米，主要支流有苏木拜河、哈桑河、阿克牙孜河等。
喀什河亦名哈什河或伊犁喀什河。源出新疆维吾尔自治区天山山脉与依连哈比尔尕两山之间西北麓。向西流至伊宁县墩麻扎附近与巩乃斯河汇合，北流称伊犁河。全长304km。伊宁县托海以上流域面积8656平方千米，天然落差2506m，水能理论蕴藏量145.1万kW。可能开发装机容量61.50万kW，年最大径流量43.5亿立方米，年最小径流量25.1亿立方米，多年平均径流量32.1亿立方米。多年平均含沙量0.41kg/立方米，流域地势西南高，北部低，平均海拔在2335～2508m之间。河道顺直，河型呈羽毛形。支流短小而广布。较大支流有寨口河、阿拉斯坦河等。
中国境内的伊犁河段，水能蕴藏量约700多万kW，开发条件较好的坝址有30多处，装机容量300万kW。现已建成中小型水电站132座，总装机容量约10万kW，其中规模最大的是喀什河托海水电站装机5万kW，价值很高；同时坝址地形地质条件优越，适于灌溉、防洪、发电及水产养殖综合开发利用。中国境内的伊犁河段已建成各类永久性渠首64座，总引水能力达到853立方米/秒。先后新建、改建、扩建引水干渠164条，总长2600多km。
在哈萨克斯坦境内的阿拉木图州和塔尔迪库尔干州的伊犁河上，已修建卡普恰盖水库。水库于1970年开始充水，面积1850平方公里，容积281.4亿立方米，库长180km，最大宽度为22km，平均深度为15.2m，最大深度为45m，水位变幅约为4m，为多年调节水库。该水库用于发电和灌溉，而且还是阿拉木图地区以及南部哈萨克其它各城市居民的休养地。
