深圳河发源于梧桐山牛尾岭，由东北向西南流入深圳湾，全长37km，河道平均比降1.1‰，水系分布呈扇形，主要支流有布吉河、福田河、皇岗河及香港一侧的梧桐河、平原河。流域面积312.5km2，其中深圳一侧187.5km2。
流域属南亚热带季风海洋性气候，雨量丰沛而集中。4～10月份为汛期，其中4～6月份为前汛期，后汛期为7～9月份。主要受灾害性台风及热带低压槽影响，常伴有暴雨和暴风潮，加之城市化面积逐渐增加，使其具有产流快、汇流时间短的特点。风暴潮也会使深圳湾潮位抬高，导致深圳河宣泄不畅，两岸发生洪涝灾害。