As bacias florestadas geralmente estão associadas à melhor qualidade da água, em comparação com usos antropogênicos. Contudo, a multiplicidade de variáveis e interações torna essa relação bastante complexa, sobretudo na Amazônia, onde os sistemas hídricos são interinfluenciáveis. Este trabalho objetivou classificar o uso e cobertura da terra e o estado de conservação da Bacia Hidrográfica do Tarumã-Açu, na Amazônia Central, bem como analisar sua correlação com os parâmetros físico-químicos (temperatura, pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, sólidos totais dissolvidos e turbidez) de qualidade da água em pontos preservados e alterados. Os valores foram comparados com a Resolução CONAMA 357/2005 e com fatores ambientais (cota e pluviosidade). Os resultados mostraram uma bacia bastante fragmentada e em estado regular de degradação, apesar de sua cobertura predominantemente florestal. Constatou-se, ainda, em média, boa qualidade da água, compatível com os parâmetros normativos para a Classe 2, embora para as zonas de influência antrópica, a diminuição da cota e da capacidade de autodepuração reduz a qualidade. Não houve relação de linearidade entre os parâmetros avaliados e o estado de conservação da bacia, sugerindo a existência de mais fatores de ruptura dessa relação. Assim, é necessário e desafiador para os gestores conhecer, de forma holística, a dinâmica eco-hidrológica da bacia e integrá-la às políticas e planos.