Kırıkkale ilinin en önemli akarsuyu Kızılırmak’tır. 

Sivas’ın Zara ilçesindeki dağlardan doğan Kızılırmak, güneyde Çelebi ilçesinden il sınırları içerisine girer ve kuzeybatıya yönelerek kuzeyde Çankırı-Kırıkkale il sınırını oluşturur. Kızılırmak üzerinde Hasandede-Hacılar arazileri içerisinde Kapulukaya Barajı bulunmaktadır.

Kızılırmak’ın en önemli kollarından biri olan Delice Çayı’dır. Delice Çayı’nın il içerisinde kalan kesimi yaklaşık 50 km uzunluğundadır. 

Kızılırmak’a doğrudan karışan bir kol olan Çoruhözü Deresi ise İzzettin-Balışeyh arasında demiryoluna paralel olarak merkezden geçmektedir. Uzunluğu 48 km olan derenin bulunduğu bölgede tarım alanları için sulama kaynağıdır. İlde ayrıca Okun Deresi bulunmaktadır. 

İl sınırları içinden geçen Kızılırmak üzerinde kurulan yapay göllere rastlamak mümkündür. Bu yapay göllerden en büyüğü Kapulukaya Baraj Göleti’dir. Ayrıca merkez ilçenin Ahılı köyünde Çipi Göleti bulunmaktadır. Ayrıca Dinek Dağı’nda küçük çaplı gölet bulunmaktadır.