北京市境有大小河流共200余条，分属海河流域的五大水系，即西南部的大清河水系，西部和中南部的永定河水系，中部和东南部的温榆河一北运河水系，东北部和东部的潮白河水系，东部的洵河一蓟运河水系。除温榆河一北运河水系发源于北京市境内之外，其他水系都发源于西北山地，及蒙古高原，皆为过境河流。受北京市地势控制，五大水系基本上都由西北向东南流，它们在穿过崇山俊岭之后，便流向东南，蜿蜒于平原之上，最终都汇入海河注入渤海。
历史上，这些河湖水系在北京城的起源和发展起到重要作用。
大清河水系的拒马河可以说是北京人类文明和城市文明的发祥地， 周口店北京猿人及西周琉璃河燕国都城都位于拒马河流域。
永定河是北京城市发展的直接或间接水源，是北京的母亲河。由于永定河的洪积冲积扇造就了北京平原，为北京城的形成和发展提供了优越的地域空间，永定河上的古渡口是北京城最早聚落蓟城形成的重要条件之一，没有永定河就没有北京城。
潮白河水系的最重要功能是为北京市提供生产生活用水，是与城市生活息息相关的最重要的水系，北京段拥有密云水库、怀柔水库2 座大型水库和5 座中型水库、3 3 座小型水库，总库容居全市各水系首位，还拥有京密引水渠这条输送淡水的城市命脉。
北运河水系的干、支流河道纵横贯穿北京的心脏，是历代王朝漕运、防务和排水的主要河道系统，及御用园林水域地区，与城市生活息息相关。温榆河发源于西山、昌平北部山地和怀柔西部山地等诸多泉水， 所以被老百姓俗称“百泉河”，也正因此，古代水量丰富的温榆河成为京城重要的水源地。北运河是南北大运河的北端漕道，在兴盛数百年的漕运中发挥了巨大作用，是北京作为金、元、明、清四朝帝都的生命线。在一定意义上说，没有大运河漕运，就没有北京作为封建王朝国都的历史地位。
北京在华北大平原的北端，三面有重山环绕，中间形成一个小平原，叫做“北京小平原”，因为其形势犹如海湾，所以又叫做“北京湾”。北京城址距离西山最近，正当古代永定河洪积冲积扇的背脊，地形由西山山麓向东南逐渐倾斜，同时京西山地又是华北降水量最多的中心地区之一，因此北京地下水的储量相当丰富。但城市近郊，除有少数泉流分布外，更无天然大河或湖泊可资利用。因此在北京都市发展的过程中，随着实际需要的增加，地上水源成为关键问题。最初是为了灌溉用水，曾不得不开凿人工渠道，从永定河引水东下，但效果难持久。10世纪初叶以后，当北京逐步发展为一个全国性的政治中心，最初是辽朝于太宗会同元年(938)在这里建立陪都南京，但是并没有把南京作为真正的统治中心。到了公元1153年金海陵王才真正在这里建都，改称中都。北京建都之后，历金、元、明、清四朝，城址虽有迁移，对于增辟水源却存在着共同的要求。首先是为了营建宫苑、要保障生活和园林用水，更重要的是为了运输漕粮物资，开凿运河，沟通河湖水渠，不得不寻求水源。这一切都是为了满足一个封建国家的统治中心的要求，而农田的灌溉反而降到次要的地位。历代北京都城的建设者，也曾多方设计，开发水源，在企图打破自然条件的这一限制上，表现了高度的智慧与技术，但仍然没有得到最有效的解决。
在北京城的早期发展中，城市的功能有限，对于地表水源的要求不多，最重要的只是农田灌溉需要开渠引水。随着社会经济和政治形势的发展，北京城逐渐上升为封建时代全国政治中心之后，城市功能渐趋复杂化，对于地表水的要求与日俱增。这时首先需要保证的是皇家宫苑用水，二是漕粮运河的用水。为了解决这两项主要的用水问题，历代封建统治者开辟水源，凿渠开运，用尽心机。
公元1153年金朝兴建中都城后，为了点缀宫苑风景和开凿近郊运河，进行了一系列的河湖水系的调整与改造，极尽规划设计的能事，工程规模也颇为可观，由于当时技术条件限制，效果并不尽如人意，但是它对于后来北京的城市建设却有较大的影响。
元建大都城，对于河湖水系的利用，既总结了历史上的经验教训，又有超越前人的新贡献。历史上的北京城，从蓟城起源的旧城址，转移到大都城所选择的新城址，实际上就是从西湖(莲花池)水系，转移到高梁河水系，两者的距离虽然很近，各自的水系也很细小，关系城市发展却至为重要。
玉泉诸水早在金代被开发利用，金章宗时曾于山麓建泉苑行宫八大水院；元代玉泉诸水仍为重要水源，历元明清均有建设。元代杰出的水利工程家郭守敬开玉泉水以通漕运；开凿金水河，引玉泉山水专为宫苑之用；又引昌平白浮泉水，入瓮山泊入通惠河以济漕运。但是由于社会条件和技术水平的限制，历尽一代工事，虽有创新，难于守成。
明代前期在元大都城的基础上改建北京城，进一步发展了它的主题思想，到了一种新的艺术高度。其后又加筑外城，遂使北京城的整体格局最后定型。清朝相继建都北京，全部沿用明城，未做任何更动。北京城集历代国都规划设计的大成，在世界城市建筑史上，占有重要地位，得到西方一些城市规划学者的高度评价。但是在河湖水系的利用上，明朝施工颇多失策。清朝中叶，最后一次开辟新水源，导引近郊流泉，把原来一个水量有限的小湖瓮山泊，改造成一个具有水库作用的昆明湖，标志着在郊区水源的整理上的新建树，而城区水道却日益湮废了。
北京西部和北部是连绵起伏、重峦叠嶂的太行山余脉山地，地势西北高，东南低，中间是由永定河、温榆河、潮白河等大小河流的洪冲积扇拼连而成的北京小平原。这平原地带曾是大约 7000—5000 年以前的永定河古道流经地， 构成地下水溢出带，地下水丰沛；这种西北高、东南低的地形，使来自东南的潮湿空气在山前受阻，形成降雨；而西山一带多石灰岩，溶洞较多，透水性强，容易形成山泉。玉泉山系西山东麓支脉，这里正是永定河冲积洪积扇的山前溢出带，地下水间断露出，在玉泉山周围，泉流密布， 众多泉源涌出，总名曰“玉泉” ，从西部山区东来的水系称为玉泉水系。
玉泉水系发源于玉泉山麓诸泉，位于卧佛寺西北的樱桃沟内的樱桃沟泉( 又名“水源头” )， 是整个西山泉水的源头。香山静宜园内也分布着许多名泉，如玉乳泉、 卓锡泉和双清泉等。西山脚下自北向南有冷泉、黑龙潭泉、温泉、白家疃簸箕水；阳台山、妙峰山、凤凰岭一带的泉流更是众多，比较有名的如：大觉寺的灵泉、金山寺的金山泉、香水院的七王坟泉、龙泉寺近内的龙泉……辽代金章宗依风景秀丽、泉流喷涌的西山建立了著名的八大水院。玉泉山一带泉水有名称者30余处，其中著名的有8处，均系裂隙泉。
玉泉山的泉水和香山的泉水以及西山诸泉是相通的。由于玉泉山一带地势较低洼，使得樱桃沟和香山及西山的泉水顺势汇集到这里，或者诸泉流经地下后，又从玉泉山喷涌而出，汇集于玉泉，玉泉山水又流入西湖。
玉泉山的水最为盛名，水又源自名泉而著称。金章宗在玉泉山建芙蓉殿行宫，为八大水院之“泉水院”，并把“玉泉”纳入燕京八景之一，定名“玉泉垂虹”。清在玉泉山建静明园，乾隆帝认为泉水是从石缝中喷跃而出，雪涌涛翻，很象济南的“趵突泉”，遂将“玉泉垂虹”改为“玉泉趵突”。 乾隆为验证玉泉水质，特命内务府官员用银斗秤量天下名泉，结果玉泉水最轻，乾隆将玉泉山玉泉列为第一，手书“天下第一泉”，御制《玉泉山天下第一泉记》石碑并立于泉旁。
北京西山以玉泉为代表的，为数众多的泉流，是西山风景区和寺庙的“灵魂”，也是金元明清时代北京城的生命之源。丰沛的水源为京都供水、漕运、灌溉，对经济、园林，环境起了巨大作用。