La cuenca del río Camarones alcanza una superficie de 2.223 km2 y se ubica al sur de la región. Limita al norte con la cuenca de la quebrada Chaca-Vítor, al sur con la región de Tarapacá, al oriente con la cuenca del salar de Surire y al poniente con el océano Pacífico. Los ríos Ajatama, por el norte, y el río Caritaya, por el sur, se unen en el sector de Arepunta y originan el río Camarones. Con el objetivo de regular las aguas se construyó en 1936 el embalse Caritaya en la cabecera del río Caritaya, cuya obra cuenta con una capacidad de 42.171.000 m3.