Ngoài hệ thống hang động, Phong Nha-Kẻ Bàng còn có các sông ngầm dài nhất. Đặc trưng núi đá vôi của khu vực Phong Nha-Kẻ Bàng đã tạo ra một hệ thống sông ngòi trong vùng khá phức tạp, có rất ít sông suối có nước thường xuyên. Có ba con sông chính trong vườn quốc gia này là sông Chày, sông Son và sông Troóc. Nguồn nước cung cấp cho các con sông này là hệ thống các sông suối ngầm dưới lòng đất, các suối này đều nổi lên mặt đất tại các hang động như Én, Vòm, Tối và Phong Nha. Cả ba con sông chính trong vườn quốc gia Phong Nha-Kẻ Bàng đều chảy vào sông Gianh, sau đó đổ ra biển Đông ở thị trấn Ba Đồn thuộc huyện Quảng Trạch.