Fontes de água são preocupação para muitas comunidades da Califórnia, bem como causa de conflito. Suprimentos abundantes e centros urbanos raramente coincidem neste estado com cinco zonas climáticas, variando de áreas costeiras com chuvas abundantes a desertos extremamente áridos. Enquanto muitas cidades dependem de fontes locais, outras dependem de sistemas elaborados de aquedutos para transportar água a centenas de quilômetros da fonte.
Água subterrânea cria-se quando chuva ou neve derretida infiltra no solo, preenchendo minúsculos espaços na areia, cascalho ou silte do solo. Aquífero subterrâneo acessado cavando poços e instalando bombas para trazer água à superfície. Em ano com chuva normal, cerca de 30% do suprimento da Califórnia vem de água subterrânea; mas durante seca, pode chegar a 60% da água potável. Percentual varia conforme condições locais. Reservatórios e barragens em cursos d'água locais, construídos e operados por distritos públicos, empresas privadas e departamentos municipais são outras fontes locais.
Desde 1919, geólogo Robert Marshall propôs projeto estadual. Ideias levaram à construção do Central Valley Project pelo governo federal nos anos 1930. Sistema inclui 800 km de aquedutos e canais, e 20 reservatórios com capacidade total de 13,6 bilhões de m³ (1 acre-pé = 1.233 m³). Além disso, State Water Project, operado pelo California Department of Water Resources, transporta água através de aqueduto de 714 km da Barragem Oroville no Rio Feather até Lago Perris perto de Riverside.
No norte da Califórnia, dois sistemas transportam água dos rios Tuolumne e Mokelumne para São Francisco e cidades do East Bay, enquanto Rio Colorado fornece 5,4 bilhões de m³ anualmente a cidades e agricultura do sul. Porém, projeto mais controverso retira água do Lago Mono e Rio Owens na encosta leste da Sierra Nevada para abastecer Los Angeles. Início do século XX, Departamento de Água da cidade, sob William Mulholland, adquiriu terras para construir aqueduto de 359 km. Sistema levou quase toda água do Vale Owens, deixando-o seco. Controvérsias sobre direitos de água e alegações de negócios financeiros questionáveis continuam.
Mudança climática deve diminuir acúmulo de neve na Sierra Nevada, atualmente fonte de ~65% da água do estado, em 25% até 2050. Chuva é mais difícil de capturar e armazenar que derretimento de neve, então precipitação aumentada como chuva pode levar a suprimentos decrescentes. Ao mesmo tempo, variabilidade climática crescente pode significar secas mais frequentes.