El sistema hidrográfico del municipio comprende corrientes que descienden del Macizo Colombiano; y van a desembocar al rio Cauca que es la arteria principal, el cual nace en el extremo sur del municipio de Puracé en la Laguna del Buey, atraviesa el municipio de Popayán de sur a norte para cambiar su dirección en el casco urbano y atravesarlo de Este a Oeste. A continuación, se relacionan las principales corrientes hídricas, de acuerdo a la clasificación de cuenca, Subcuencas y Microcuenca. Cuenca Rio Cauca: Rio las Piedras, Rio Molino, Q. Pisoje, Q. Pubus, Rio Sate, Rio Ejido, Matarredonda, La Laja, El Charco, El Guarnizo o Gualimbio. Quebradas: El Bosque o Filipinas, El Uvo, El Tablazo, La Buitrera, Cajamarca, Agua Sucia, La Laguna, Agua Colorada, Honda Mulata, El Arenal, Molanga, Q. Pinpilla, Cerro de Puzna, Q. Tinajas, – Santa Mónica, Santana Los Linderos, Zanjón La Mira, Los Linderos, El Aljibe o Garrochal, San Bernardino Las Chozas, Sajón, El Charco, Morinda, Las Pailas. Rio Hondo – Quebradas: La Laguna, Los Cajiaos, Yaquiva, La Laja, arenosa, Ovillurco y Los Dos Brazos. Rio Palace: Rio Blanco y Clarete: Quebradas: San Benito, Calibio, El Tanque, La Cocina, Caño Guevara, Pena, Molanga, La Tetilla San Antonio, La Lomita.

Fuente:https://www.cauca.gov.co/Dependencias/SecretariadeInfraestructura/plan-vial-municipal/Paginas/Red-terciaria.aspx-Plan Vial Municipal Popayán pdf

La ciudad de Popayán está localizada hacia el pie occidental de la cordillera Central, donde comienza el valle interandino Cauca-Patía, (Valle de Pubenza), el cual está situado entre las cordilleras Central y Occidental. Estas tres provincias geomorfológicas presentan caracteres geológicos y estructurales diferentes, que se pueden consultar en Orrego y París (1991). Se resalta que en la cordillera Central durante el Terciario – Cuaternario, se originó una cadena de volcanes, cuyos productos son lavas y piroclásticas de composición andesítica y dacítica (Ignimbritas de río Hondo) que conforman la Formación de Popayán descrita en este estudio. La geología local del área de estudio está constituida por suelos y rocas que pertenecen a la Formación de Popayán, de Edad Terciario – Cuaternario y al Complejo Arquía, de posible edad Paleozoica. El marco tectónico es difícil de conocer debido al espesor de cenizas de caída y al relleno reciente de aluviones y de flujos de lodo. La Geología Estructural (Sector Urbano). El Complejo Arquía se encuentra replegado y fallado y la Formación de Popayán está en posición estructural horizontal, o inclinada, debido a paleotopografías. Las principales estructuras son fallas, diaclasas y discordancias. Algunos niveles de la Formación Popayán presentan plegamientos locales debido a la acción de fallas. (París y Saurent (1991)) describen la geología estructural del área de estudio. La zona en donde se encuentra el Municipio de Popayán, la conforma el Valle Inter Andino del Alto Cauca, enmarcado entre el flanco occidental de la cordillera Central y el flanco oriental de la cordillera Occidental.

La fauna es el término que se utiliza para designar al conjunto de especies animales que pueblan una región geográfica determinada y que llegaron a allí como consecuencia de uno de los varios períodos geológicos que se produjeron a lo largo de historia del planeta tierra. Aunque en realidad y como consecuencia que los animales suelen ser muy sensibles a las variaciones o perturbaciones que pueda sufrir su hábitat, su distribución espacial dependerá en mucho de factores como la temperatura, la presencia o no de agua y la posibilidad de la existencia de relaciones de competencia con otras especies o la presencia de depredadores. Aves: las aves ofrecen una gran variedad de formas, con especies como las cerrajas o quinquinas (cianocorax yncas), pájaro ardilla (piaya cayana), carpintero (melanerpes formicivorus), halcón cernícalo (falco sparverius) y garrapatero (milvago chimachima), entre muchas otras. torcaza frijolera, torcaza morada, torcaza roja, pava cara azul, chorlo, periquito verde, perdiz, llauta, calaquinge, churrasquero, dormilón, garrapatero, halconcito, guaraguau, gallinazo, garcita del ganado, baho, morrocoy, gavilán coliblanco, gavilán, vencejo, vencejo tijereto, vencejo, chiguaco, flautero, chiguaquillo, gorrión, platanero – pisa, pisa, semillero, semillerito, semillerito negro, pacunguero, toreador, azulejo, mirla gris, cucarachero, fio copetón, fio, toreadorcito, colibrí cola de raqueta, carpintero, hormiguero, golondrina común, quinquina, chicao, chupa flor, paloma, azulejo. Mamíferos: los mamíferos reportados se restringen a ardillas (sciurus granatensis), sin descartarse la probabilidad de encontrar ratones y conejos de campo, además de murciélagos (quiroptera). Existe la posibilidad de encontrar también un marsupial (raposa o zarigüeya). Algunas especies observables en la zona son: chucha (didelphys marsupialis), pecari (tayassu pecari), ardilla (sciurus sp.), armadillo, murciélago, ratón gris, rata, conejo, zorro, chucuru, tigrillo erizo. Anfibios y Reptiles: se han observado pocos de los primeros, y una relativa abundancia de los segundos (saurios y ofidios): coral, falsa coral y cazadora. Insectos: presentan una gran diversidad, en especial lepidópteros (mariposas y polillas), himenópteros (hormigas, abejas y avispas), coleópteros (escarabajos), homópteros (grillos y saltamontes), sin que existan documentos que lo sustenten. Los arácnidos tejedores, se encuentran representados por varias familias, y probablemente ofrece nuevas especies para la ciencia.

El municipio de Popayán tiene diferentes especies, las más comunes son Roble (Quercus humboldtii), Cucharo (Rapanea guianensis), Cascarillo (Ladenbergia magnifolia), entre otras. Los Parques o reservas naturales del municipio de Popayán: Reserva Natural de Sociedad Civil El Naranjal, Betania, El Jardín, San Pedro, El Recuerdo, La Montaña, La Palma, La Angostura, Santa Marta, El Manzano, El Caimo, El Jazmín, Los Laureles, Motilonal, San Antonio, La Cantera, La Laguna, Oasis, Recuerdo, El Retorno, Irlanda, San Ignacio, El Rincón, El Derrumbo, Alto, Las Veraneras, Belen, La Esperanza, La Aurora, Las Mercedes, Belencito, Altamira, El Palmichal, Arrayanales, Mirador el Consuelo, El Cabuyo, Puerta Dorada, La Palma, La Primavera, Monte Redondo, La Concepción, El Trébol, La Laguna, La Ceja, El Retiro, El Cerro Arrayán, La Pequeñita, El Pajonal y la Reserva Manantiales. Recientemente se registraron las Reservas de El Carmen, La Aurora II, La Fortaleza y Las Piedras.