Gudenå er Danmarks længste å, og en stor del af dens knap 160 km lange løb ligger i Silkeborg Kommune. Den løber ind i kommunen i Julsø og fortsætter herfra videre gennem Borre Sø og Brassø til Silkeborg Langsø. På strækningen mellem Brassø og Silkeborg Langsø kaldes åen også for Remstrup Å. Fra Silkeborg løber åen nordpå gennem den brede smeltevandsdal til Sminge Sø og videre til den opstemmede Tange Sø, hvor den forlader kommunen og fortsætter mod udløbet i Randers Fjord.
Plantelivet i åen tæller hele 87 forskellige arter, heriblandt ti arter og fem krydsninger af vandaks. Dertil kommer en stor og tæt bestand af brudelys, som i juni-august blomstrer lyserødt langs åen. I 2008 blev den invasive vandremusling fundet i Gudenå både nord og syd for Silkeborg. Den har siden etableret sig med store bestande i både åen og søerne. Da vandremuslingen filtrerer vandet for plankton, bliver det klarere. Det har i perioder ført til en øget vækst af vandplanter på strækningen mellem Silkeborg og Tange Sø.
Ud over vandremuslingen huser Gudenå en stor mangfoldighed af snegle, insekter og andre hvirvelløse dyr. De omfatter bl.a. flere sjældne arter som gul vandløbsdøgnflue og stor slørvinge samt de netspindende vårfluer Hydropsyche contubernalis og Cheumatopsyche lepida. Om sommeren kan blåvinget og blåbåndet pragtvandnymfe optræde talrigt langs åen, hvor man også kan møde grøn kølleguldsmed og alm. flodguldsmed.
Åens fiskebestand omfatter bl.a. gedde, helt, ørred, aborre, sandart, skalle, brasen og ål. I åens mindre tilløb kan man også finde den lille bæklampret. Indtil Tangeværkets opførelse 1918‑21 havde åen også en stor bestand af laks. Odderen er vidt udbredt langs både åen og Silkeborgsøerne. I rørskoven yngler toppet lappedykker, skægmejse og rørhøg, og om vinteren raster store flokke af stor skallesluger og sangsvane på og ved Sminge Sø.
Fra udløbet fra Silkeborg Langsø og ned til omkring Svostrup og Gjern Bakker indgår Gudenå i fredningerne af arealer ved Gødvad og Sminge fra hhv. 1978 og 1975. Derudover indgår åens løb nedstrøms Silkeborg i habitatområdet Gudenå og Gjern Bakker, mens habitatområdet Silkeborgskovene flere steder når ned til åen i området omkring Silkeborgsøerne.
Mellem Silkeborg og Randers løber den ca. 70 km lange Træksti, som blev anlagt i begyndelsen af 1800-tallet, så vellastede pramme kunne trækkes mod strømmen op til Silkeborg. I dag fungerer Trækstien som vandrerute, og siden en renovering 2015‑19 er den farbar det meste af året.
