乌拉尔河发源于俄罗斯巴什基尔自治共和国乌恰林区纳日姆塔乌山脚下，在古里耶夫附近注入里海。河流全长2534千米，流域面积23．1万平方千米，如计入乌伊尔—恩巴河间地区的内陆河流域，整个流域面积达40万平方千米。乌拉尔河河源高程637米，入海口高程27米，全河每千米的落差为30厘米。从河源到奥尔斯克，总落差为450米，平均落差为1．3米/千米。奥尔斯克以下落差大大减小，仅为10厘米—12厘米/千米。乌拉尔河入海口处的多年平均径流量为80亿立方米。
乌拉尔河水系有10千米以上的大小河流800余条，其中长度超过100千米的河流有29条。较大的一级支流有萨克马拉河、伊列克河、奥里河、苏翁杜克河、塔纳雷克河、库马克河、金杰利亚河、乌特瓦河、伊尔捷克河、恰干河和杰尔库尔河等。
乌拉尔河上游右岸支流有明佳克河、小基济尔河、扬格利卡河、大基济尔河；左岸有古姆别卡河、津格伊卡河和大卡拉干卡河等支流汇入。
乌拉尔河在南乌拉尔山东侧自北向南流，过奥尔斯克后向西急转，穿越古别尔林山脉，河谷在这一段很窄，水流湍急。出峡谷后，河流具平原河流的性质，河槽里有浅滩分布。于奥伦堡附近，乌拉尔河接纳最大的右岸支流—萨克马拉河。在契卡洛夫以下，乌拉尔河先后接纳了伊列克河、乌特瓦河、恰干河等支流。萨克马拉河是乌拉尔河的最大支流，发源于乌拉尔塔乌山脉的坡地，河流全长798千米，流域面积3．02万平方千米，主要支流有：卡斯马尔卡河、大伊克河和萨尔梅什河。萨克马拉河汇入前，乌拉尔河在奥伦堡附近的年平均流量为33亿立方米。萨克马拉河注入乌拉尔河的水量大约是乌拉尔河总水量的40%，有些年份甚至占50%以上。大伊克河是萨克马拉河的水量最丰沛的一条支流，多年平均径流量为14．5亿立方米，而萨尔梅什河的水量只有大伊克河水量的一半，约8亿立方米。伊列克河发源于穆戈德扎尔斯基山，在奥伦堡下游200千米处汇入乌拉尔河，河流全长623千米，流域面积4．13万平方千米，径流量约13．2亿立方米。奥里河长332千米，流域面积1．86万平方千米。该河是典型的草原河流，春季洪峰很大，大约要占年总径流量的95%，其年总径流量平均为5．34亿立方米。洪水来势很凶，但是时间较短。
此外恩巴河及其与乌伊尔河的河间地域的一些河流，远古时代原本都是乌拉尔河的支流，后来由于气候和自然条件变化而与乌拉尔河隔断，成为内陆封闭性的河流。
恩巴河发源于穆戈贾雷山脉西坡，流经波杜拉里亚干涸草原，其间从右岸接收了铁米尔河，从左岸接纳了阿赫特扎克塞河，最后在靠近里海低洼地的盐沼地带断流。恩巴河河水已有几十年没再流入里海了，原先它与乌拉尔河共用同一出海口。
现在，恩巴河长712千米，流域面积4．04万平方千米，补给主要来自融雪，约占95%左右，距河口152千米处的平均流量为17．5立方米/秒，最大流量达1240立方米/秒。恩巴河原先有一条支流，叫萨吉兹河，现在，上游和下游均已成为干涸的河道。