El sistema hidrográfico del Parque Nacional Sangay está compuesto por 11 subcuencas, 69 subcuencas primarias, 54 subcuencas secundarias y 8 terciarias que pertenecen a cuatro grandes subsistemas fluviales de los ríos Pastaza, Santiago, Cañar y Chimbo, representando a 5.177,25 Km². Las cuencas del Pastaza y Santiago forman parte del gran sistema hidrográfico Marañon y Amazonas.

La mayor parte de los recursos hídricos del PNS son utilizados para riego y generación hidroeléctrica; varios ríos que nacen en el Parque alimentan parte de las centrales más importantes del país: Agoyán y Paute.

Al interior del Parque existe el área de El Placer, un punto de agua hidrotermal, utilizado ocasionalmente como balneario. Es necesario puntualizar que los recursos hídricos del PNS cumplen los estándares de calidad de agua establecidos en las normativas ecuatorianas.

En el área se han identificado como humedales a 327 lagunas que dan una superficie de 31.527 Km², ciénegas y pantanos con 62.105 Km² y tuberas que abarcan 32,98 Km²; estos humedales del parque contribuyen al mantenimiento de la estabilidad climática y a la protección de zonas bajas contra las inundaciones.
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Laguna Patococha
Embalse natural localizada aprox. a 3.140 mts. de altura, y a alrededor de 2 y media horas de caminata desde la población de Palitahua. Constituye un sitio apto para la observación de aves como los gligles, pues constituye un paso obligatorio para ascender al volcán Tungurahua.

Laguna Oriente
Formación natural localizada en el área de amortiguamiento del Parque que ofrece la oportunidad de observar ciertas especies de aves típicas del páramo y permite la pesca de trucha. Puede ser observada desde el sendero que conduce al volcán Tungurahua por el sector de Palitahua y se encuentra en buen estado de conservación.

Laguna Yahuarcocha o Redonda
Formación natural conocida también como Laguna Redonda por su forma; permite la observación de aves, en especial colonias de gligles y puede ser observada desde el sendero hacia el volcán Tungurahua por el sector de Palitahua.

Laguna de Minsas
Embalse de formación natural localizada en los límites de Parque, al sur-este del volcán Tungurahua, y es alimentada con las aguas del Río Ulba. Ofrece oportunidades para la observación de aves y mamíferos como venados y lobos. Este sitio puede ser visitado durante el recorrido hacia el volcán Tungurahua y el retorno por el sector de Runtún y Ulba para llegar a la ciudad de Baños.

Río Puela
Río localizado en el sector de Tungurahua, cuenta con un caudal de agua permanente, aspecto que permite la observación de la fauna, especialmente aves, desde el sendero hacia el Tungurahua por el sector de Palitahua. Durante su travesía atraviesa diferentes pisos altitudinales convirtiéndose en un atractivo panorámico para el visitante.

Laguna Negra
Formación lacustre relativamente pequeña, de forma redonda, y aguas semi-oscuras, localizada en la planicie a los pies del cerro Condorazo en el sector del Altar, a una altura aprox. de 4.000 m.s.n.m.

Laguna Joyonuda
Laguna grande de aguas claras y limpias. Está rodeada de un excelente paisaje escénico en una planicie localizada a aprox. 3.800 mts. de altura. Es posible la observación casi frecuente de venados y aves de páramo.

Laguna Estrellada
Laguna menos grande que la Joyonuda. Contiene aguas clara y está rodeada de paja alta. Se encuentra a una altura aprox. de 3.900 m.s.n.m., muy cerca de la Puerta de Tambillo.

Laguna Mandur
Laguna de formación natural relativamente pequeña, localizada a los pies del volcán Altar por el sur.

Laguna Azul
Laguna relativamente grande localizada junto al volcán con aguas cristalinas en donde se refleja la figura de una parte del Altar, cuya altura es similar a la del resto de lagunas del sector.

Laguna Pintada
La más grande del sector, cuyas aguas se vierten en el río Collanes Chico para descender al sector oriental.

Laguna Amarilla
Laguna de formación natural, ubicada en uno de los cráteres del volcán Altar desde donde los andinistas pueden escuchar y observar la caída de los glaciares. Está ubicada a una altura de 3.900 mts. Sus aguas de color amarillo contaminan el Río Blanco, pues ésta laguna constituye su nacimiento.

Río Volcán
Nace del volcán Sangay, sus aguas son transparentes y con bastante oxigenación dando lugar a la existencia de variedad de peces.

Ríos Yanayacu, Culebrillas y Timarán
Constituyen ríos que siguen un curso culebrero, razón por la cual son atravesados varias veces por las personas que se dirigen hacia el volcán Sangay. Se caracterizan por poseer aguas transparentes y bien oxigenadas dando lugar a la existencia de la trucha.

Laguna Negra
Formación natural localizada a 3.800 mts. de altura justamente en el cruce de cordillera. Ofrece paisajes muy cambiantes debido a las rápidas variaciones de condiciones climáticas. Existe una vía carrozable empedrada de verano en malas condiciones hasta el sitio. Toma aproximadamente tres horas de caminata desde la población de Alao.

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La laguna ofrece oportunidades para la recreación mediante la navegación y posible caminata en su pequeño islote. Según cuenta la leyenda, las aves (gligles) se suicidan por el mes de mayo al sobrevolarla debido a que el islote constituye un volcán sumergido que emana gases carbónicos. La inhalación de estos gases por parte de las aves produce su muerte. El panorama del lugar es agradable y variable de acuerdo a las condiciones climáticas del lugar. La laguna está localizada a aproximadamente 80 Km. de la ciudad de Riobamba junto a la vía en apertura Guamote-Macas.

Laguna La Magdalena
Laguna localizada junto a la laguna Colay que ofrece un interesante y atractivo paisaje andino. Las condiciones climáticas variables cambian frecuentemente la posibilidad de observar sus aguas de color oscuro. La laguna está aproximadamente a 3.400 mts. de altura.

Laguna Negra
Localizada a unos 3.400 mts. de altura. Su atractivo particular constituye la llegada anual de aves migratorias para suicidarse. Cuentan los pobladores locales que en esta laguna se encuentran los tesoros de Atahualpa, arrojados allí para esconderlos de los españoles. Esta laguna está a aprox. medio kilómetro de la Laguna Colay.

Laguna Magtayán
Laguna de formación natural localizada en medio del paisaje de páramo del sector. Ofrece altas oportunidades para la observación de aves como gligles y para la práctica de pesca de supervivencia por la existencia de la trucha. Está localizada a unos 34 km. desde la vía Panamericana siguiendo una vía carrozable de segundo orden por dos horas.

Laguna Cubillín
Laguna natural de menor envergadura que la Laguna Magtayán, pero con similares oportunidades de observación de aves y pesca de subsistencia por la presencia de trucha. Está localizada junto a la Laguna de Magtayán y tiene la característica, de acuerdo a versiones de los pobladores, de que las aves llegan a ella a suicidarse.

Río Llushin Chico y Grande
Ríos de montaña caracterizados por la transparencia de sus aguas y el alto grado de oxigenación, lo que da lugar a la existencia de una alta variedad de peces como el boca chico. Cuenta con relativamente buen estado de conservación, aspecto que se atribuye a la presencia de vegetación en sus riberas.

Río Pastaza
Río caudaloso atravesado frecuentemente por sistemas de cables llamados "tarabitas" y/o embarcaciones con plataformas llamadas "gabarras" . Constituye uno de los ríos más grandes del Oriente ecuatoriano. Su presencia realza la belleza de los paisajes localizados a lo largo de su recorrido por el sector.
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Río de montaña con flujos de agua permanentes a lo largo del año. Llama la atención la buena calidad de aguas y la exuberante vegetación que lo rodea. Alimenta los fértiles valles de la cordillera oriental hasta adentrarse en la selva y a lo largo de su recorrido recorrer hasta juntarse con el rio Pastaza.

Es un río de gran importancia en el Oriente Ecuatoriano, así como uno de gran belleza en lo particular por la gran cantidad de vida silvestre que habita en sus alrededores.

Lagunas de Sardinayacu
Sistema lacustre natural de cinco lagunas grandes cuyo acceso es relativamente difícil. Sus aguas albergan especies de peces como la sardina y de allí su nombre. La vegetación exuberante que las rodea, da un toque especial al atractivo.

Este sector es de acceso difícil, pero la belleza de las lagunas y del paisaje circundante hacen que la travesía resulte valedera.

Río Abanico
Río de aguas transparentes bastante oxigenadas.

Río Upano
Un importante río del sector oriental del país. El río nace en la Laguna Negra en el sector de Atillo y en su trayecto recibe aguas de diferentes ríos en forma de caídas de agua, las cuales son denominadas las "cascadas del Upano".