Skiensvassdraget har avløp til havet gjennom Skienselva. Det er også kjent som Telemarksvassdraget.
To hovedgreiner
De to hovedgreinene av Skiensvassdraget renner fra Øst-Telemark og Vest-Telemark. Disse to greinene samles i Norsjø.
Øst-Telemark: Vann fra Hardangervidda renner ut i Møsvatn og videre til Tinnsjø, Heddalsvannet til Norsjø.
Vest-Telemark: Vann renner ut i innsjøen Totak, videre til Bandak, Kviteseidvatnet og Flåvatn. De tre Vestvanna er regulert til 72 meter over havet ved dammen i Hogga, det øverste sluseanlegget i Telemarkskanalen. Vannet renner videre i Eidselva og ut i Norsjø ved Ulefoss.
Fra Norsjø renner et samla Skiensvassdrag gjennom Farelva til Hjellevannet og derfra uti Bryggevannet og Skienselva gjennom fossene i Skien sentrum.
Skiensvassdraget er et av landets mest regulerte og kanaliserte vassdrag. Norsjø-Skienkanalen stod ferdig i 1861. Sluseanlegg i Skien og på Løveid (Skotfoss) løfter båter opp til Norsjø. Da er vassdraget farbart opp til Notodden. Bandak-Norsjøkanalen stod ferdig i 1892. Sluseanlegga i Ulefoss, Eidsfoss, Vrangfoss, Lunde, Kjeldal og Hogga løfter båter opp til Flåvatn. Da er vassdraget farbart til Dalen.
Store norske leksikon skriver: Skiensvassdraget er etter Glomma Norges kraftrikeste vassdrag med i alt 33 kraftstasjoner med en samlet ytelse på 2179 MW og 9932 GWh midlere årsproduksjon; sistnevnte utgjør 5,5 prosent av landets samlede årsproduksjon.