流域上游上段为冬冷夏凉，全年少雨的高原山地气候，年降水量500－750毫米，以降雪为主，积雪期可达5个月。其余地区属季风气候，一般具冬暖、夏热、湿润多雨的特征，年降水量1000毫米，泸定、石棉右岸地区1200-1500毫米，下游部分地区可到1400-1900毫米。暴雨多集中于中、下游地区的5-9月，7、8两月尤为突出。
河川径流主要来自降水。下游福禄镇水文站45年统计，多年平均流量1500立方米/秒。有较丰富的地下水和冰雪融水补给（约占总量的20%）调节，径流变化较小。福禄镇，年内最大月（7月）水量为最小月（2月）水量的8.8倍，年径流的变差系数不足0.10，最大年平均流量1820立方米/秒（1938）为最小年平均流量1170立方米/秒（1973）的1.5倍。
大渡河水系呈羽毛状分布，径流主要由降雨形成，部分为融雪补给。由于流域面积大，植被良好，上游第四纪覆盖层利于下渗和滞流，径流年际变化不大，年内分配比较均匀，洪枯水量差别不大。据下游福禄镇，水文站观测资料统计，多年平均流量1510立方米/秒，多年平均径流量473亿立方米，径梳模数相当于黄河的十倍，年平均径流量也超过黄河。丰水年的年水量达627亿立方米，为多年平均的1.32倍，最枯年份的水量也有356亿立方米，占多年平均值的0.75%。
河流洪水频繁，近200多年有记载的洪水50余次，多发生于中、下游地区，以下游为甚。《汉源县志》记载200多年来发生过25次洪水，如清乾隆十三年（公元1748年）、民国18年（公元1939年），都曾发生过大洪水。《乐山县志》记载，清光绪三十年（公元1904年）亦发生过大洪水。据《四川省五百年旱涝史料》统计，大渡河沿河14个主要城镇，受洪灾的8座，被淹没的5座。
大渡河是岷江泥沙的来源地，福禄镇多年平均含沙量0.475公斤/立方米，年输沙量2247万吨，为岷江福禄镇大渡河口以上年输沙量44%。
巨大的落差、丰沛的水量、狭窄的河谷，形成大渡河富饶的可开发的水力资源。全流域水力资源理论蕴藏量达3132万千瓦，其中四川境内有3012万干瓦，是四川各江河水力资源总量的20.6%。最令人注目的是干流双江口至铜衔子这593公里长的河段，天然落差达1827米，水能蕴藏量1748万干瓦，占了主流域的一半多，平均每公里河长就有水力资源3万千瓦。在大渡河水力资源蕴藏量中，四川省境内可供开发利用的有2337万千瓦，其中干流有2040万千瓦，与全国各大江河相比，位居第四。
除了大渡河干流水力资源丰沛外，其支流卓斯甲河、小金川、瓦斯沟、田湾沟、南桠河、牛日河等6条支流的水能蕴藏量都超过50万千瓦。 大渡河列为国家十大水力资源基地之一。四川省境内，水力资源蕴藏量有3102.4万千瓦，可开发量2336.8万千瓦。
