Kalundborg Kommune har mere end 3.000 søer på mindst 100 m2, og tilsammen dækker de ca. 6 % af kommunens areal. De to største er Saltbæk Vig på 1.590 ha og Tissø på 1.250 ha, som også hører til blandt Danmarks største søer. Dertil kommer den vestlige del af den 192 ha store Skarresø samt Madesø på 30 ha og en række mindre søer i grusgravningsområdet ved Bregninge. Med undtagelse af grusgravssøerne er kommunens søer generelt ret næringsrige.
Det største vandløb i kommunen er Åmose Å på 63 km, hvoraf de 24 km ligger i Kalundborg Kommune. Åen udspringer nord for Ringsted og løber nordvestpå gennem bl.a. Åmose og den 888 m lange Bromølletunnel. Fra Øresø Mølle skifter åen navn til Halleby Å og gennemløber Lille Åmose og Tissø til udløbet i Jammerland Bugt i Storebælt. Til kommunens andre større vandløb hører også den 14,4 km lange Bregninge Å, som udspringer ved Avnsø Sø og udmunder i Sejerø Bugt ved Saltbæk Vig.
Vandløbene i kommunen er generelt vurderet til at være i en ringe økologisk tilstand, og flertallet er blot målsat som karpefiskevand. En undtagelse er Åmose Å, som på strækningen fra Bromølle til Øresø Mølle er udlagt som naturvidenskabeligt interesseområde.
