DSİ üç aşamalı bir organizasyon yapısına sahiptir. Üst yönetim birimi Ankara'daki Genel Müdürlük makamıdır. Organizasyonun ikinci basamağında Daire Başkanlıkları ve eşdeğer statüdeki merkez teşkilatı birimleri ile DSİ Bölge Müdürlükleri yer almaktadır. Ana hizmet, danışma ve denetim ile yardımcı hizmet fonksiyonlarını üst yönetim adına takip eden merkez teşkilatı birimleri kurmay; Bölge Müdürlükleri ise kendi görev sahaları kapsamında fonksiyonların tümünü merkez teşkilatı adına yürüten kumanda birimleridir. Bugün Türkiye genelinde akarsu havzaları dikkate alınarak yapılandırılmış durumda 26 adet Bölge Müdürlüğü bulunmaktadır.Bu Bölgelerden ikisi Çoruh Projeleri 26.Bölge Müdürlüğü ARTVİN ile DSİ Ilısu Projesi 16. Bölge Müdürlüğü-MARDİN Geçici Bölge Müdürlükleridir.
Organizasyonun üçüncü kademesi ise Bölge Müdürlükleri teşkilatında çalışmalarını sürdüren bölge müdürlüğü adına belli bir coğrafi alanda görevli ve/veya entegre bir projeyi / işletmeye alınmış tesisleri sevk ve idare etmekten sorumlu şube müdürlükleri veya müstakil başmühendisliklerden oluşmaktadır.
Yurt dışı teşkilatı olarak; Kuzey Kıbrıs Türk Cumhuriyeti (KKTC)’nin ihtiyacı olan sulama, içme ve kullanma suyunun temini maksadıyla geçici statüde, yurt dışı temsilcilik vasfı bulunmayan KKTC Proje Müdürlüğü (LEFKOŞA) bulunmaktadır..