北京五大水系（见河流）之一，海河五大水系中最大的一支，市域最大水系。石景山区、门头沟区及丰台区的界河。流经山西、内蒙古、河北、北京、天津等5省市27个县市，从河北省怀来县幽州村南流入北京市，经门头沟区、石景山区、丰台区、房山区、大兴区，自大兴崔指挥营村东出市境域。全长650千米。上游分南北两大支流，北支为洋河，发源于内蒙兴和县，南支为桑干河，发源于山西省宁武县，两大支流在朱官屯汇合后称永定河，于官厅水库下游流入市境，市境域内主河道长189千米，流域面积3168平方千米，占全市面积的18．9%，其中山区面积2491平方千米，河床最宽处为3800米。主要支流有妫水河、清水河、天堂河等。流域内有笔架山、青水尖、九龙山、黄草梁、百花山风景区、灵山风景区，以及永定河纪念林区、永定河峡谷、永定河绿野高效农艺园、永定河观光旅游带、珍珠湖、龙泉水上乐园、东方骑士中心及鹰山森林公园等。古迹有卢沟桥、灵岳寺、川底下村、金门闸、南海子沙龙遗址、求贤坝遗址、十里铺古渡口、门头沟卧龙岗、丰台鹰山及明代石堤等。河上有大、中型桥梁48座，京广铁路、京原铁路、丰沙铁路等跨河而过。建有官厅水库、斋堂水库、苇子水水库等大型水库。1985年被列入中国四大重点防洪河道之一。1987年7月，第一届“醒狮杯”越野赛跑（见杯赛），利用永定河河床的滩地，划定路线，进行比赛。2003年大兴永定河流域建立沙地综合治理开发与旅游观光相结合的示范区。 永定河自金代开始，历代政府均在河床两岸进行大规模的河道治理。其中有重大影响的有元代郭守敬的治理永定河、明代李庸修筑堤坝、清代康熙帝根治水患、李鸿章治水以及1924年开始的卢沟桥分洪侧闸等。1949年后在河上修建了官厅水库。1967年第一次较系统地加高、加固卢沟桥至衙门口段石堤。1973、1974年将卢沟桥至庞村的大部分左堤加高、加固；1976年再次加高卢沟桥至石景山段河堤；1983、1984年进行卢沟桥至双峪路口左堤基础加固、加高及延长部分堤段工程等。关于卢沟桥以下左堤加固工程，1973年制定《卢沟桥至梁各庄河段规划》，标准是卢沟桥以下洪峰流量2 500立方米每秒的水位为准。2005年4月至2005年6月，永定河综合治理工程一期工程完工，施工期间拆除龙泉务水电站一座，引水渠2400米，房屋2411.77平方米，改移电缆、光缆等线路15条。2006年启动永定河综合治理二期工程，经过治理，永定河有望在2008年成为继密云水库后第二个饮用水源。
上游分南北两大支流，北支为洋河，发源于内蒙兴和县，南支为桑干河，发源于山西省宁武县，两大支流在朱官屯汇合后称永定河，于官厅水库下游流入市境，市境域内主河道长189千米，流域面积3168平方千米。
流域内有笔架山，青水尖，九龙山，黄草梁，百花山风景区，灵山风景区，以及永定河纪念林区，永定河峡谷，永定河绿野高效农艺园，永定河观光旅游带，珍珠湖，龙泉水上乐园，东方骑士中心及鹰山森林公园等。