До начала строительства на реке гидротехнических сооружений Колорадо ежегодно выносила в Калифорнийский залив около 18,63 км³ воды, что соответствует среднему расходу воды 610 м³/с. В то же время, режим реки был крайне непостоянен. Максимальный когда-либо зафиксированный расход воды был отмечен в 1884 году и составил 10 900 м³/с, а минимальный — в 1935 году и составил 11,9 м³/с (оба рекорда были зафиксированы в Топок (англ.)русск., штат Аризона). Для сравнения, сегодняшний расход воды Колорадо на территории большей части Невады, Аризоны и Калифорнии редко превышает 990 м³/с или падает ниже 110 м³/с. Современный годовой объём стока меняется от 27,38 км³ в 1984 году до 4,69 км³ в 2002 году, что соответствует среднему расходу воды от 870 до 150 м³/с.
От 85 до 90 % расхода воды Колорадо обусловлено таянием снегов в Скалистых горах. Остальные 10-15 % обусловлены другими источниками, главным образом подземными водами и летними муссонными штормами. Последние нередко приводят к сильным, но небольшим по охвату территории, наводнениям на нижних притоках реки, однако не привносят значительный вклад в сток Колорадо[23][24]. Расход воды в устье реки неуклонно снижается с начала XX века, и во многие годы после 1960 Колорадо вовсе на достигала Калифорнийского залива. Расходы на орошение, испарение с поверхности водохранилищ, а также, возможно, и изменение климата способствуют снижению стока. К примеру, река Хила, в прошлом — один из крупнейших притоков Колорадо, сегодня обычно представляет собой лишь тонкую струйку воды, что обусловлено использованием её вод для нужд ферм и населённых пунктов в центральной Аризоне. Средний расход воды в самой северной точке участка, где река формирует границу США и Мексики, ниже таких сооружений как Американский канал и Акведук реки Колорадо, составляет лишь около 58 м³/с, что соответствует годовому стоку 1,84 км³. В 1984 году из-за рекордного количества осадков и интенсивного таяния снегов расход воды в этой точке составлял 647 м³/с, а годовой сток — 20,35 км³. Геологическая служба США имеет 46 гидрологических постов вдоль реки Колорадо, начиная от озера Гранд в верховьях реки, заканчивая границей между США и Мексикой.