棗莊市境內河流屬淮河流域運河水系。大小河流共有24條，京杭運河棗莊段為大型河流，橫穿市南部，境內全長39公里。中型河流（伊家河、嶧城大沙河、城郭河）3條，流域面積在100平方公里以上的河流8條，流域面積在30至100平方公里的河流12條。除京杭運河棗莊段為南四湖泄洪河道外，其它主要河流均發源于東北部山區，分別流入南四湖和運河。

棗莊市處于中緯度暖溫帶大陸性季風氣候區，兼有南方溫濕氣候和北方干冷氣候的特點，受自然地理環境、太陽輻射和季風的影響，具有光照好、積溫高、熱量豐富、雨量充沛、雨熱同期的氣候特點，光、熱、水、氣等條件優越。氣候四季變化明顯，春季氣候多變，西南風較多，降水較少，常干旱。夏季炎熱，空氣濕潤，降水集中。秋季云雨較少，以秋高氣爽為主要特征。冬季寒冷而干旱，多西北風。2012年，棗莊市年平均氣溫14.6℃，較常年偏高0.1℃，較2011年偏高0.2℃；平均日照時數為1947.6小時，較常年偏少173.4小時，較2011年同期偏多170.6小時；平均降水量581.5毫米，較常年偏少205.9毫米，較2011年同期偏少106.7毫米。