针对西北地区水资源严重短缺和水环境污染等问题，为探究五省区水资源承载力状况，基于“水资源-经济-社会-生态环境”框架模型构建了西北五省区水资源承载力评价指标体系，运用熵权TOPSIS模型和耦合协调模型定量评价2004-2019年西北五省区水资源承载力时空演化过程及子系统间的耦合协调性，引入障碍度模型得出西北五省区水资源承载力提升的障碍因素。结果表明：2004-2019年间，西北五省区水资源承载力水平呈缓慢提升态势，由水资源短缺状态转变为水资源合理状态；水资源承载力省际空间上差异性明显，青海和陕西水资源承载力水平较高，但省际间差距呈现逐年缩小的良好趋势；水资源、经济、社会、生态环境子系统承载力发展水平均呈现逐年增长趋势，水资源和生态环境子系统承载力发展水平滞后于经济和社会系统；西北五省区水资源承载力子系统间处于耦合度高、良好协调阶段，五省区发展水平省际空间上表现为比较均衡局面；人均水资源量、产水模数、有效灌溉率、水土流失治理面积、自然保护区面积占比表是阻碍西北五省区水资源承载力提升的主要障碍因素。研究表明西北五省区水资源承载力水平和系统内部协调性目前处于较高水平，整体向着健康、协调均衡的方向不断推进，同时在水资源管理和区域用水方式转变等方面仍有较大的提升空间。