Santa Cruz integra dos cuencas
El departamento de Santa Cruz pertenece principalmente a la cuenca del Amazonas, pero también es parte de la cuenca del Plata, varias corrientes de agua nacidas en Chiquitos van a confluir al río Paraguay,
Tres cuartas partes de su territorio y sus principales ríos integran la cuenca del Amazonas: el Mamoré y el Itenez o Guaporé, además de otros ríos como el Choré, Víbora, Ichilo, Palometillos, San Martín y Tarvo, entre los principales.
Son parte de la cuenca de la Plata, los ríos San Rafael, Bamburral, Negro, Jordán, Soruco, Santo Corazón, La Cal y San Miguel, que insumen sus aguas en el curiche (Pantano), San Fernando y Tucacava.
En el departamento se encuentran al menos 30 lagunas.
La laguna del Becerro está ubicada en las estribaciones andinas. Tiene 1.014 metros de largo por 890 metros de ancho y una superficie de 52,177 hectáreas o 0,52 km² a una altura de 1.616 metros sobre el nivel del mar siendo una de las lagunas más altas de Santa Cruz.
Bellavista es una laguna amazónica ubicada en el norte del Parque Nacional Noel Kempff Mercado, a 5 km del río Itenez. Está rodeada por un bosque alto siempre verde y bosques de lianas. Tiene una superficie permanente de 24,8 km² llegando a una máxima extensión de 35 km² en época de inundaciones.
Laguna Boysarazo, ubicada en la provincia de Guarayos, tiene una superficie de 26,6 km², se encuentra en una zona muy húmeda donde abundan grandes lagunas.
La laguna Chaplín está ubicada en el centro-oeste del Parque Nacional Noel Kempff Mercado cerca del río Tarvo. Tiene 7 km de longitud y 6 km de ancho, y una superficie de 13 km². Concepción, situada en la provincia de Chiquitos, está formada por una laguna con arena blanca en su fondo y por humedales conexos, se caracteriza por superficie llana de bosques y con malezas de drenaje escaso, está situada junto a la serranía Chiquitana. Cuenta con 27 km de largo por 10 km de ancho y una superficie que varía de 58 km² a 200 km².
La laguna Cáceres o bahía Cáceres es una gran laguna ubicada dentro del Área Natural de Manejo Integrado de Otuquis; a una altitud aproximada de 150 msnm. Está situada a orillas de las ciudades de Puerto Suárez y Puerto Quijarro en territorio boliviano, y conectada con el río Paraguay por medio del canal Tamengo. Tiene 8,25 km de largo por 5,68 km de ancho y una superficie de 26,5 km² llegando en época de lluvias a los 200 km².
Mandioré es una laguna situada en el Pantanal boliviano-brasileño, forma una frontera lacustre entre los dos países de 21,7 km, se encuentra en el municipio de Puerto Quijarro.
La laguna La Gaiba está ubicada en la provincia Ángel Sandóval formando una frontera lacustre de 10,8 kilómetros con Brasil. Está en la región del Pantanal Boliviano, cuenta con una superficie de 98 km², aunque ésta varia según la época de lluvias.
La laguna de Marfil (Baia Grande en Brasil) es una lago amazónico de agua dulce ubicada entre la frontera de Bolivia y Brasil, forma una frontera lacustre de 7,90 km.
