Одно из первых описаний северных рек принадлежит казаку Кондратию Курочкину, который в 1601 году достиг устья Енисея и Пясины. Он отметил хорошие судоходные качества могучей реки и ее рыбные богатства. «Падет Енисей в морскую губу... и рыбы в той реке всякие.., и проезд с моря к енисейскому устью есть… и большими кораблями из моря в Енисей пройти можно». В 1619 году боярским сыном Петром Албычевым и сотником Черкасом Рукиным, ниже слияния Ангары с Енисеем, был основан Енисейский острог (г. Енисейск), а в 1628 году воеводой Андреем Дубенским — острог Красный Яр (г. Красноярск), ставшие центрами географического изучения природных богатств края.
Можно назвать и многие другие походы. Среди них — поход туруханских казаков под началом Максима Перфильева, в 1627 году поднявшихся по Енисею и Ангаре до устья Илима; путь енисейского десятника Василия Бугра, достигшего годом позже Енисей-Ленского водораздела. Между 1620 и 1630 годами три года провел на Нижней Тунгуске туруханский промышленник Пянда, обследовав ее на протяжении почти 2300 километров и открыв Чечуйский волок в Лену. В 1628 году перешел из Тунгуски в Вилюй и затем в Лену отряд под началом мангазейца Мартына Васильева, этот путь известен под именем Северо-Ленского водного пути. В 1623 году по Подкаменной Тунгуске поднялся енисейский отряд во главе с Поздеем Фирсовым. Чуть позднее первые русские появились на Таймыре. Были открыты реки Курейка, Таймыра, Хатанга, истоки Пясины.
По следам первопроходцев в XVII веке прошли многие отряды «служилых людей». Об их деятельности почти не осталось письменных источников, но их походы послужили основой для первых описаний природы края, в том числе и его рек. Первые достоверные текстовые и картографические описания Енисея и его окружения сделаны в 1612 году голландцем Исааком Массой, жившим в начале XVI века в связи с торговыми делами в Москве. В 40-х годах появились первые русские карты речной сети. Стольник Петр Головин с товарищами сделал «чертежную роспись» речного пути от Енисейского острога до верхнего течения Ангары, указав с большой точностью основные притоки, пороги и другие особенности русла. В 1667 году тобольским воеводой Петром Годуновым был составлен «Чертеж всей Сибири», на котором с большой для того времени точностью изображены Енисей, Пясина и их притоки. Наконец, в самом конце XVI века боярским сыном Семеном Ремизовым был выполнен «Чертеж всей Сибири», а позже и «Чертежная книга» — первый сибирский атлас из 23 карт. Этот «Чертеж» заслуженно находится в Эрмитаже среди сокровищ мировой культуры.
Походы землепроходцев и первые картографические произведения подготовили почву для начала научного изучения природы края на следующем этапе (XVIII -первая половина XIX века). В петровскую эпоху, как и в последующие периоды, большое значение придавалось изучению рек, прежде всего как транспортных путей. Для этого были остро необходимы точные карты речной сети, составленные с помощью инструментальных наблюдений. В появлении первой точной карты бассейна Енисея основная заслуга талантливого геодезиста Петра Чичагова. В 1725-1730 годах он выполнил первую приборную съемку этого бассейна: заснял 2500 километров главной реки (от устья Ои до устья Енисея), его левые притоки (нижнее течение Абакана, Сым, Елогуй, Кемь, Кас и Турухан) 500-километровый участок нижнего течения Ангары и ее крупного притока — Тасеево, правые притоки Енисея Оя, Туба, Мана и Кан. Им были также обследованы низовья более северных притоков. В те же годы большую часть бассейна Верхнего Енисея засняли А. Кушелев и М. Зиновьев.
Важное значение для познания закономерностей природной среды Сибири имела первая правительственная научная экспедиция под руководством Даниила Готлиба Мессершмидта в 1720-1727 годах. Среди ее многих научных трудов описание участков Енисея и Абакана в Минусинской котловине, первое полное описание Нижней Тунгуски, с выделением порогов, быстрин, устьев 56 притоков и разделением ее по характеру берегов на три участка. В конце экспедиции Мессершмидт проплыл по всей Ангаре, дав первое описание ее порогов.
Героическая страница в истории изучения сибирского Севера была вписана участниками Великой Северной экспедиции, ее деятельность подробно изложена в исторической и географической литературе. В изучение речной сети севера рассматриваемой территории наибольший вклад внесли. Второй отряд экспедиции, под руководством Д. Овцына и Ф. Минина, и Третий отряд, под руководством В. Прончищева, X. Лаптева и С. Челюскина. Ими впервые были засняты геодезической съемкой и описаны реки, впадающие в Северный Ледовитый океан, в том числе такие крупные, как Пясина, Таймыра, Хатанга. Речная сеть полуострова Таймыр изображена на составленной карте близко к современным представлениям.
В середине — второй половине XVIII века реки как один из элементов природы изучаются в комплексных экспедициях, организованных Академией наук. Здесь, прежде всего, нужно назвать исследования профессора И. Г. Гмелина, в 1738 году подробно обследовавшего ангарские пороги и отрезок от Енисейска до Туруханска, а через год отрезок от Абакана до Красноярска. Позднее он правильно выделил основные водоразделы Южной Сибири. Притоки Енисея в Западном и Восточном Саяне -Ус, Амыл, Казыр, Кизир, Кантегир и другие — были впервые изучены в 1772-1781 годах пограничным комиссаром и геодезистом Е. Пестеревым. За 10 лет он прошел труднодоступные долины главных рек. Итогом его исследования стала первая схематическая карта речной сети Саян.
Среди наиболее важных для изучения бассейнов рек края — экспедиции П.А. Чихачева и А.Ф. Миддендорфа. П.А. Чихачев, геолог и географ, в 1742 году внес ясность в строение рельефа и речной сети труднодоступного района на границе Алтая и Западного Саяна, открыл истоки Большого и Малого Абакана, описал другие притоки реки Абакан, а также реку Кантегир.
Крупнейшей экспедицией было путешествие Л.Ф. Миддендорфа в 1842-1845 годах, прошедшего по Енисею от Красноярска до Дудинки, через озеро Пясино на реку Хатангу и затем на Таймыр. Экспедиция подтвердила и уточнила материалы Великой Северной экспедиции; в числе других особенностей природы были изучены реки Нижняя и Верхняя Таймыра, причем топографом В.В. Вагановым была составлена карта бассейнов этих рек.
В конце XVIII — начале XIX веков в России начались первые специальные исследования рек, прежде всего для целей судоходства. Эти работы стали систематическими после учреждения департамента водяных коммуникаций. Стали производиться изыскания водных путей и трасс соединительных каналов, в том числе изучены межбассейновые соединения Оби и Енисея.
Таким образом, за время второго этапа изучения рек в течение полутора веков с достаточной достоверностью нанесена на карту речная сеть территории, выполнены описания основных рек и начались их специальные изыскания.
Третий исторический этап (с середины XIX века до Великой Октябрьской революции) совпадает с быстрым развитием в Сибири капиталистических отношений. Возникла необходимость в более тщательном изучении водных ресурсов в связи с перспективами промышленного освоения (прежде всего — добычей полезных ископаемых), в южной полосе — сельского хозяйства, включая орошение, позднее — гидроэнергетического строительства, лесосплава и сооружения железной дороги, а также для более интенсивного развития традиционных отраслей — водного транспорта и рыбной ловли.
Первоначально исследования рек продолжались комплексными экспедициями в традиционной форме, то есть как одного из компонентов природы. Среди них экспедиция И.С. Крыжина (1857), изучившего горный узел на стыке Западного и Восточного Саяна, истоки рек Казыр, Кизир, Мана; экспедиция Л.Э. Шварца (1858), работавшего в Западном Саяне, в истоках рек Ус и Оя; экспедиция А. Л. Чекановского (1883), проследившего все течение Нижней Тунгуски и нанесшего ее на карту; экспедиция Л.А. Ячевского, открывшего в 1891-1892 годах при изысканиях для строительства Сибирской железнодорожной магистрали Енисейский кряж и правильно определившего водоразделы бассейнов нижних течений Подкаменной Тунгуски, Ангары и Кана.
Особое внимание водным исследованиям в своих экспедициях 60-х годов уделял известный геолог и географ И.А. Лопатин, работавший в бассейне Среднего и Нижнего Енисея. Например, ему принадлежат первые данные о деятельности льда на Енисее, о переносе льдом мелких камней и даже валунов. Туруханской экспедицией И.А. Лопатина были начаты в 1867 году регулярные наблюдения за температурой воды Енисея у села Толстый Нос. Это первые многолетние наблюдения не только на территории Красноярского края, но и вообще в Сибири.
В конце XIX века, в 1883-1893 годах, был сооружен Обь-Енисейский водный путь — через приток Оби Кеть, приток Енисея Кас и канал через водораздел этих рек, на месте бывшего Маковского волока. Но ему была уготована короткая судьба: не выдержал он конкуренции с железной дорогой, и движение по нему было закрыто.
Специальные описания рек — так называемые гидрографические работы — в конце XIX - начале XX века были сосредоточены в основном в ведомстве путей сообщения. Описные партии из Петербурга обследовали Енисей, а также его притоки до устья Ангары, а экспедиции Томского округа путей сообщения — Подкаменную и Нижнюю Тунгуски. Результаты исследований впервые публиковались в специальной серии «Материалы для описания русских рек и истории улучшения их судоходных условий», а также в атласах «Судоходных карт». По Енисею вышло пять атласов, по Абакану — четыре и по Тубе — два.