В бассейне Илексы 407 водоемов общей площадью 122 кв.км. Крупные озера расположены двумя компактными группами: в верховой части – Керажозеро, Калгачинское, Ухтозеро, вторая растянута по среднему течению реки и состоит из озер Тун, Носовское, Монастырское, Нельмозеро. Эти озера, как и Водлозеро, имеют ледниковое происхождение. Котловины их неглубокие, блюдцеобразные, дно плоское, покрытое толщей илов. Особое место среди водоемов парка занимает озеро Тун, находящееся на переходной стадии к болоту.
Водлозеро - самый крупный водоем парка, площадь его водного зеркала 358 кв.км. Общая протяженность береговой линии, сильно извилистой – 232 км, а с островами – 446 км. Длина по большой оси – 36,2 км, а наибольшая ширина – 15,9 км. На озере насчитывается 196 островов. Озеро ледникового происхождения и отличается небольшими глубинами, максимальная глубина – 18 м, а средняя – всего 4,2 м.