呼图壁河流域地处86°05′~87°08′E,43°07′~45°20′N,流域南北长258km,东西平均宽40km,总面积为10255km2,其地域范畴与呼图壁县的行政区划基本一致。流域西南与玛纳斯河交界源峰为最高峰,海拔5292m;北部平原沙漠最低处仅360m,南北高差近5000m。从河源至下游,大致可以分为山地—丘陵—冲积扇—冲洪积平原4个地貌单元。按地形变化可以概括为南部山区、中部平原区、北部沙漠区。
流域含呼图壁河和军塘湖河二大独立水系。其中军塘湖河发源于中山带,径流以山区地下水为主要补给源;呼图壁河是流域的主水系,是天山北坡中段第二大河流,河道总长度176km。呼图壁河上游山区支流呈树枝状分布,两岸有一级支流30条,其中10条支流源头在冰川和永久积雪区,其余支流皆源于中山、低山区,靠季节性积雪消融和夏季降水补给。流域内共有大小冰川239条112,冰川总面积72.07km2,冰川储量2.353km3,年消融量达0.524×108m3,是呼图壁河径流较稳定的补给来源之一。上游河道坡降较大,石门水文站以上达23.3‰,主河道在中山区形成后,经过中山区、戈壁平原区,在冲积扇缘,泉水溢出带的芨芨坝处再分为2条河(东河和西河)。东河上建有小海子拦河水库,西河上建有大海子拦河水库。流域自上而下分别建有石门水文站、呼图壁县水管站所属青年渠首及芨芨坝渠分水闸站,其中石门站集水面积为1840km2,其控制年径流量占该河全流域年径流量的93.3%,石门站以下主要为径流散失区。
