Os aquíferos cársticos contemplam expressivos reservatórios de água que demandam, por isso, por proteção ambiental, por requisitos de uso e potabilidade e por pesquisa isotópica e geoquímica. Neste âmbito, esta pesquisa teve como objetivo investigar a composição química e isotópica das águas do Aquífero Bambuí, Bahia, Brasil. Coletou-se amostras de 64 poços dispostos nas rochas pelito-carbonáticas do Grupo Bambuí. Foram mensuradas as variáveis físico-químicas in situ, os cátions principais (ICP-OES), os ânions principais e os isótopos estáveis (ICP-MS). A composição isotópica (δD, δ18O) das águas subterrâneas refletiu o papel da recarga pelas chuvas locais, da infiltração rápida e baixa evaporação. Á composição isotópica em δ13CCID indicou um tempo de residência da água no aquífero, com domínio dos valores similares a assinatura isotópica da fração orgânica do solo, e a contribuição da interação água-rocha. As fácies hidroquímicas bicarbonatadas cálcicas (50%) e as mistas cálcicas (20%) foram as mais representativas. A integração dos resultados isotópicos, químicos e da estatística multivariada apontou a relevância da interação água-rocha, recarga meteórica e clima na evolução geoquímica.