Durch das Tal fließt der 14,6km lange Furlbach. Er ist ein rechter Nebenfluss der Ems, der bei Augustdorf in der oberen Senne entspringt und südlich von Kaunitz in die Ems mündet. Der Furlbach entwässert ein Gebiet mit einer Fläche von 48,6km².[1] Es gibt nicht eine einzige Quelle des Furlbachs, sein Quellgebiet liegt in einem großen Dünenbogen, wobei das Wasser an vielen Stellen zu Tage tritt.
Für die Herstellung von Dachziegeln wurde im Furlbachtal früher Torf abgegraben, um die stauende Tonschicht abbauen zu können. Nach Beendigung des Abbaus lief Regenwasser in die Tonmulden – an dieser Stelle entstanden die so genannten Bentteiche, heute ein wertvolles Biotop.
Bereits am Oberlauf ist die Abflussmenge des Furlbaches so groß, dass dort 1849 eine Wassermühle, die Tütgemühle errichtet wurde. Sie wurde bis 1925 betrieben, ab 1951 als Landschulheim genutzt und 1978 abgebrochen.
Bereits 1937 wurden 17,5ha im Furlbachtal (damals im Kreis Paderborn gelegen) als Naturschutzgebiet eingetragen. Am 11. März 1991 wurde das Schutzgebiet durch den Landschaftsplan Senne auf die heutige Größe erweitert. Seit 2004 ist das Gebiet Bestandteil des europaweiten Netzwerks Natura 2000.
Das Furlbachtal dient als Naherholungsgebiet für die Städte Bielefeld und Paderborn. Es gibt zwei Rundwanderwege. Führungen entlang eines naturkundlichen Lehrpfads bietet das Naturschutzzentrum-Senne der Biologischen Station Kreis Paderborn-Senne an, die für die Pflege des Furlbachtals zuständig ist.
Die Niederschlagsmenge in der Region ist mit bis zu 900 mm pro Jahr relativ hoch. Die Stadtwerke Bielefeld gewinnen im Furlbachtal seit 1979 aus insgesamt neun Brunnen (einem Tiefbrunnen, der Wasser aus über 400 m Tiefe fördert, und acht oberflächennahen Brunnen) rund eine Million Kubikmeter Trinkwasser pro Jahr. Ein Pumpwerk pumpt das Trinkwasser über Fernwasserleitungen nach Bielefeld.