台湾省唯一曾可通航河道。长158.7公里（旧或作144公里），流域面积2725.8平方公里，次于浊水、高屏二溪，居第3位。上源大嵙崁溪（近被改名“大汉溪”），源出大坝尖山（3505米），东北流经台北盆地，会新店溪、基隆河等支流后，转西北入海。源地海拔2530米，平均比降为1/50。惟自石门以下，海拔已降至140米。石门下游古河道，原西向经桃园冲积扇入海，后因袭夺作用，切开砂岩地层转向北行，进入台北盆地。流域年降水量，上游可达3000～4000毫米，河口地区亦近2000毫米，降水季节变化较小。台北市流量洪水期超过1万立方米/秒，河口计划洪水量为2万立方米/秒。台北开发初期，自下游大溪以下，通帆船。板桥、新店及台北市在艋舺时代的兴起，皆赖淡水河水运之助。其后下游日淤，河运已为铁路和公路所代。自1963年上游石门大坝建成，石门水库已成为台湾北部最大的水资源综合利用枢纽，扩大桃园台地农业灌溉效益尤为显著。现时石门水库及其近邻地区已成为台湾北部重要游览区；北部横贯公路沿水库上游，经角板山（现改名“复兴”）、巴稜一线高山族分布区，入宜兰平原。