南水北调工程的水源主要来自 长江流域。具体来说，南水北调东线工程的源头是长江下游江苏省扬州的长江水，中线工程的源头是湖北省丹江口水库，而西线工程的源头则是长江上游的通天河、支流雅砻江和大渡河上游。丹江口水库的水主要来源于汉江，而汉江的水主要来自于秦岭南麓的陕西和湖北。此外，丹江口水库水面面积中，河南的部分较大，但主要水源并非来自河南。
南水北调工程通过东线、中线和西线三条调水线路，将长江流域的水资源抽调到华北和西北地区，从而改变中国南涝北旱、北方地区水资源严重短缺的局面。这一工程不仅促进了南北经济、社会与人口、资源、环境的协调发展，还有效缓解了北方地区的水资源紧缺状况，对于恢复和改善生态环境具有重大意义。