‘남대천(南大川)’이란 남쪽에 있는 큰 하천이라는 뜻으로, 강릉 대도호부 관아의 남쪽을 흐르는 데서 그 명칭이 유래했다. 다른 지역의 남대천과 구분하기 위해 ‘강릉남대천’이라는 명칭으로 통용된다.
남대천은 태백산맥에 속한 삽당령(揷唐嶺)에서 발원하여 강릉시를 가로질러 동해로 유입하는 지방하천이다. 유역면적 258.8㎢, 유로연장 33.5㎞이며, 섬석천[17.09㎞], 도마천[14.32㎞], 왕산천[13.30㎞], 어흘천[8.66㎞] 등의 지류가 있다. 유역 분지의 하계망은 수지상(樹枝狀) 형태를 이루고 있으며, 남대천, 왕산천, 도마천이 주요 수계를 형성하고 있다. ‘강릉남대천’이라는 명칭은 유역 중앙에 위치한 오봉저수지에서 하구까지의 구간에 사용되며, 도마천과 왕산천이 상류 하천을 이룬다.
남대천 유역의 지질은 중생대에 관입한 대보화강암이 우세하나, 고생대의 석회암층군과 평안층군 등 퇴적암도 분포한다. 강릉 지역의 대보화강암은 대관령화강암, 강릉화강암, 주문진화강암 등으로 명명되어 있다. 왕산천은 화강암 지대를 따라 흐르며, 도마천은 화강암과 퇴적암의 경계를 따라 흐른다.
일제강점기에 제작된 지도에는 100년 전 남대천의 모습이 잘 남아 있다. 당시 남대천 하류에는 곡류 구간과 넓은 범람원, 모래톱, 망류 하도 등이 형성되어 있었다. 그러나 현재의 남대천은 자연 하천의 모습과는 많이 다르다. 곡류 구간에 우각호 형태로 존재하던 습지는 매립되었고, 유로는 제방의 건설과 함께 직선화되었다. 2002년 태풍 루사의 내습 당시 인공제방의 상당수가 파괴되었으며, 주변 저지대가 침수되기도 했다.
남대천에는 오봉저수지를 비롯하여 물 흐름에 영향을 주는 보(洑)와 댐이 다수 건설되어 있다. 도마천과 왕산천의 합류점에 위치한 오봉저수지는 1977년에 착공되어 1983년에 준공되었다. 원래는 농업용 저수지로 계획되었으나, 현재는 농업용수 공급뿐 아니라 상수원으로도 활용되고 있다. 남대천에 설치된 보는 하천의 치수 기능 확대와 시민 휴식 공간의 극대화, 수질 보전을 목적으로 1991년부터 추진된 남대천 정화사업에 따라 정비되었다. 1993년 두산보가 개량되고 포남보가 신설되었으며, 1994년에는 하평보 개량 공사, 1995년에는 홍제보 개량 공사가 진행되었다.