纳尔逊河水系流域面积在北美洲排名第四，其最长距离为纳尔逊河-温尼伯湖-萨斯喀彻温河-南萨斯喀彻温河-鲍河，全长共2575公里，流域面积110.94万平方公里，入海口平均流量为2370立方米/秒。流域地跨加拿大、美国，在加拿大境内流域面积95.2万平方公里，美国境内15.74万平方公里。
纳尔逊河水系总体由三部分组成：温尼伯湖入湖水系、温尼伯湖、温尼伯湖出湖至入海河流（纳尔逊河）。纳尔逊河干流从温尼伯湖北端的普莱格林湖开始，向东北流经一系列小湖，最后注入哈德孙湾。纳尔逊河干流河长644公里，主要支流有本特伍德河（河长320公里）、格拉斯河（河长599公里，流域面积15400平方公里）等。
温尼伯湖位于加拿大马尼托巴省中部，南部长416公里，东西宽32-112公里，湖面面积24387平方公里，流域面积98.29万平方公里，主要入湖河流有温尼伯河、雷德河、萨斯喀彻温河等，分别从东、南、西三面注入。
温尼伯河发源于安大略省境内伍兹湖北端，向西北流，注入温尼伯湖，干流河长235公里，以英国人河（English River）为源，全长813公里，流域面积10.65万平方公里。温尼伯河是五大湖与温尼伯湖之间皮货贸易的主要水路。
雷德河（又名北红河，以区别密西西比河支流南红河）发源于美国境内明尼苏达州与南达科他州交界处的“南北大陆分水岭North/South Continental Divice”，先后流经明尼苏达州与南达科他州边界、明尼苏达州与北达科他州边界，一路向北进入加拿大境内，流经温尼伯市，最后注入温尼伯湖。河流全长890公里，流域面积28.75万平方公里，流量244立方米/秒。雷德河右岸支流大多短小，主要支流集中在左岸，其最大支流是阿西尼博因河，河长1070公里，流域面积18.2万平方公里，夏延河河长951公里，流域面积2.3万平方公里。
萨斯喀彻温河由南、北萨斯喀彻温河在萨斯喀彻温省中部汇合而成，东流经锡达湖后注入温尼伯湖，干流河长547公里，流域面积33.59万平方公里，流量634立方米/秒。南、北萨斯喀彻温河均发源于艾伯特省与不列颠哥伦比亚省交界处的落基山脉森林保护区班夫国家公园，分别流向东南、东北方向，最后汇合成萨斯喀彻温河。其中南萨斯喀彻温河（以鲍河为源）河长1392公里，流域面积14.61万平方公里，流量249立方米/秒；北萨斯喀彻温河河长1287公里，流域面积12.28万平方公里，流量238立方米/秒。两河比较，长度、流域面积、流量均以南萨斯喀彻温河为大。
