Главная река города — Воронеж. Её протяжённость в границах Липецка от посёлка Жёлтые Пески до Троицкого моста составляет 30 километров. Правые притоки реки Воронеж — Липовка и Студёнка. Напротив Сокольского пляжа в реку Воронеж впадает река Матыра, располагающаяся уже за пределами городской черты.

Существовавшие относительно недавно реки Дикая, Сырская теперь пересохли, но вода них появляется в весеннее половодье и после сильных ливней.

В пойменной части реки Воронеж в черте города довольно многочисленны небольшие озёра-старицы естественного происхождения. К наиболее крупным озёрам искусственного происхождения относятся Силикатные озёра в районе посёлка силикатного завода, система прудов-отстойников Новолипецкого металлургического комбината и завода «Свободный сокол». В городе имеются также многочисленные искусственные пруды (Комсомольский, несколько Привокзальных прудов, пруд в Студёновском карьере).