永定河系是海河流域七大水系之一，东邻潮白河、北运河，西邻黄河，南为大清河，北为内陆河。全长680公里，流域面积47016平方公里。流经北京市境内的河段长159．5公里，流域面积为3168平方公里，流经内蒙古、山西、河北、北京、天津五省、市、自治区的43个县市。永定河至今已经有300万岁的年龄，这是根据研究人员对永定河河底最早的沉积物研究发现。
历史上永定河中上游多山地丘陵和黄土地，广泛分布着茂密的森林。但在金、元、明清时期，主要是因为北京城的建设和城市生活对木材木炭的大量消费，将水定河中上游流域的森林砍伐殆尽。金代为了从水路攻打南宋，征调燕云两路四十万人到永定河上游流域的蔚县伐木造船。元代为了打造大都城城门，派三千军卒到蔚县伐木。元史记载，为了修白塔寺，便伐木五万多根树木。明代仅皇宫及内府衙门的太监们，每年就要烧掉五六千万斤木柴和一千多万斤木炭。这些木柴和木炭大都是从水定河中上游流域以及易县等地采伐和烧闷的。今石景山区的养马村本名杨木厂，门头沟区的火村本名火攒村，都是明代存放木柴的地方。东城区台基厂原是明代北京城内存放木柴木炭之处，每年有三千人在里面抬柴运柴，当年台基厂里积存木柴木炭不计其数。永定河中上游流域的森林被砍光以后，失去林木保护涵养的黄土地，被降雨、流水和大风直接侵蚀，水土流失加剧，水中含有大量的泥沙，久而久之，就成了地上河。
永定河水量充沛，洪涝灾害频发，又被称为“无定河”。永定河源自内蒙古，河水东行中挟带大量泥沙，河水浑浊，有10斗水六斗沙之说，其浑劲仅次于黄河，是全国有名的地上河。元、明时期就有了浑河、小黄河之称，年含泥量约3120万吨。一直以来，河水一年中的流量并不平均，平常水少甚至没水，但到了夏季暴雨季节又会产生很大的洪水。由于河床很浅，河流走势经常横向摆动，河道经常变迁，所以这条游荡型的河流旧时成为了人民心中的大患。到了夏天，发洪水、闹决堤让人防不胜防，河堤溃决、河道迁徙，淹灌城市、覆没村庄，成了经常发生的事情。它的浑劲在于其脾气摸不准、算不透，其洪水突发性强、洪峰尖陡，一个洪峰下来就可能决堤。因此，这条河就有了“无定河”这称。
无定河的“无定”一是洪水与决口。仅清代自1644至1911年的268年间，决口漫溢即达78次，平均每4年左右造灾一次。1801年，无定河自北京石景山左堤漫决5处，计长90余丈，卢沟桥下南北两岸决口18处，总长达3200余丈，卢沟桥孔宣泄不及，洪水将桥栏石狮冲毁。北京城右安门外大桥被冲断，永定门、右安门外灾民多至两万余人，人多上树避水。
无定河的“无定”二是在于决堤后改道。历史上无定河曾留下的足迹太多，仅在北京附近的大型故道就有3条。一条古故道由北京衙门口东流，沿八宝山北侧转向东北，经海淀，循清河向东与温榆河相汇。第二条故道是西汉前的故道，自衙门口东流，经田村、紫竹院，由德胜门附近入城内诸“ 海”，转向东南，经正阳门、鲜鱼口、红桥、龙潭湖流出城外。第三条三国至辽代故道，自卢沟桥一带，经看丹村、南苑到马驹桥。
在石景山西南，永定河东岸的庞村，曾建有祭祀永定河神的北惠济庙（雍正七年建），庙前不远的堤岸旁有座高2米左右的砖台，台上卧着这头镇水牛，只是这牛是铁质的，并非铜质。这头卧牛的姿态与颐和园昆明湖边那头依然健在为人熟知的“铜牛”很像，只是牛角高高竖起，且做工要粗糙很多。当永定河水泛滥时，水流过牛嘴中会发出低沉的吼声，提醒村民，后来这头牛被放进炼钢炉中，融化了。这头镇水牛是何时铸造的，没有查到明确的记录，成书于嘉庆二十年（1820）的《永定河志》，在“工程”一卷中有“北极（济）庙前铁牛一具”，说明这头铁牛的铸造时间很可能在1788-1820年之间。永定河年年泛滥，入清以来，每位皇帝都非常重视治理永定河水患，包括给河神建庙、册封河神，铸造铁牛等等，表现了百姓多么希望永定河不要在发生水患的决心与信念。
为了让无定河安定下来，康熙下令全面整治无定河，无论如何也得让这条河的脾气“定”下来。命原任河道总督于成龙勘查绘图议奏。北京为西北高东南低的地势，卢沟桥海拔57.6米，比北京城内足足高出20多米，一旦永定河决口，势必淹掉北京城，于是无定河河道被加宽、加深，两岸河堤被加固，这样还不行，无定河的名字就是无定，怎么让它安定下来呢？大清的聪明人从不缺乏，有人上奏，要让无定河的脾气定下来得改个名字。于是在新河挑竣之日，康熙帝赐名“永定河”，并建庙立碑。无定河从此就成了永定河。
永定河水哺育了成千上万的劳动人民，他们繁衍生息，沿河而居的先民创造了无数的神话传说与故事！