Montréal est entourée d'eau. Le fleuve Saint-Laurent coule au sud de l'île et la rive nord est bordée par la rivière des Prairies. Au sud-ouest et à l'ouest se trouvent les lacs Saint-Louis et des Deux-Montagnes. Le réseau hydrographique suit un ancien système de failles d'effondrement, le rift du Saint-Laurent, qui s'est formé au Précambrien, il y a environ 600 millions d'années. Toute cette eau sert de multiples usages. Presque tous les montréalais boivent de l'eau puisée dans le lac Saint-Louis, le lac des Deux-Montagnes et la rivière des Prairies. Les deux usines de la ville de Montréal sont alimentées par une prise d'eau située en amont des rapides de Lachine, en plein centre du fleuve Saint-Laurent. L'eau est ensuite acheminée à l'usine de traitement par le canal de l'Aqueduc, une véritable artère aquatique de 8 km de longueur. Puis, l'eau traitée est stockée dans plusieurs réservoirs dont certains sont situés au coeur même du mont Royal. Autour de Montréal, l'eau est aussi utilisée pour la pêche récréative et la baignade sur les nombreuses plages entourant l'île.

Depuis quelques années, une baisse importante du niveau d'eau du Saint-Laurent est observée dans le port de Montréal. Les conditions climatiques particulièrement sèches et l'accroissement des prélèvements d'eau en amont sur le fleuve ont généré des conditions extrêmes de bas niveaux et de débits réduits. Cette baisse est donc préoccupante pour tous. Elle a des effets négatifs importants sur les écosystèmes aquatiques, sur les milieux humides, sur l'érosion des rives et sur la navigation commerciale.

Invisible depuis la surface, l'eau souterraine est néanmoins omniprésente dans la région de Montréal. Elle se trouve principalement dans les roches fracturées de la Plate-forme du Saint-Laurent. Dans les excavations profondes, comme les carrières ou les infrastructures urbaines, l'eau souterraine doit être continuellement pompée pour maintenir les ouvrages à sec. Sur l'île de Montréal, l'eau souterraine est peu utilisée pour l'alimentation en eau potable et seulement quelques centaines de résidences de l'ouest de l'île s'y alimentent. Autour de l'île de Montréal, l'eau souterraine est exploitée à des fins différentes, soit pour l'alimentation en eau potable, l'irrigation des cultures, l'approvisionnement en eau des piscicultures et la distribution commerciale. Dans la région de Mirabel, on embouteille une eau souterraine de grande qualité, reconnue partout en Amérique.

Au début du XVIe siècle, Jacques Cartier a dû reculer devant les eaux tumultueuses des rapides de Lachine, juste à l'ouest de la ville actuelle de Montréal, abandonnant ainsi son rêve de découvrir le passage du nord-ouest. Pour contourner cet obstacle à la navigation, le canal Lachine a été complété en 1829, reliant le lac Saint-Louis à Montréal. Élargi à plusieurs reprises par la suite, le canal Lachine a permis les échanges commerciaux avec l'intérieur du continent et favorisé le développement industriel de la région. En 1959, la Voie maritime du Saint-Laurent remplace le canal Lachine qui sera fermé à la navigation par la suite.

La première écluse sur la Voie maritime se situe à Saint-Lambert, près du pont Victoria. Avec les écluses de Côte Sainte-Catherine et de Beauharnois, les bateaux franchissent dans la région de Montréal une dénivelée totale de 38,6 m en quelques dizaines de kilomètres. La Voie maritime a ouvert le centre de l'Amérique du Nord au commerce mondial et a fait de Montréal l'un des principaux centres de transbordement du trafic transatlantique.