El Sistema de Producción de Agua Cantareira (CWPS), que suministra agua a la región más poblada de Brasil, enfrenta desafíos significativos debido al cambio hidroclimático, amenazando así su seguridad hídrica. Esta investigación integra datos de modelos climáticos y observaciones de campo con modelado hidrológico, con el objetivo de cuantificar tendencias en variables clave del ciclo hidrológico. Se empleó el modelo climático GFDL-CM4, el más adecuado para el área de estudio, para generar datos de escorrentía bajo condiciones actuales y escenarios futuros (SSP2-4.5 y SSP5-8.5). Nuestro análisis revela una tendencia creciente en la frecuencia de años hidrológicos secos. El Índice Estándar de Precipitación (SPI) y la Magnitud de Sequía (DM) confirman un aumento tanto en la ocurrencia como en la duración de las sequías en escenarios futuros. La escorrentía en todas las cuencas se redujo, causando una disminución sustancial en los caudales mínimos del 16.9%, caudales medios del 11.8% y caudales altos del 9.2% para el escenario SSP5-8.5. Esta investigación introduce un enfoque para la evaluación del impacto hidroclimático, combinando un análisis de datos riguroso con técnicas de modelado avanzadas. Nuestros hallazgos no solo proporcionan una comprensión integral de los desafíos que enfrenta el CWPS, sino que también ofrecen información cuantitativa crítica esencial para desarrollar políticas públicas efectivas y estrategias adaptativas para la gestión sostenible de los recursos hídricos.