Rovern, som har utforskat den röda planeten sedan 2012, upptäckte en serie gamla flodbäddar och deltan i ett område som heter Glen Torridon.
Dessa egenskaper tyder på att vatten en gång rann från högre mark ner i en krater och bildade en sjö.
Vattnet torkade till slut och lämnade efter sig flodbäddar och deltan som Curiosity har hittat.
"Vi ser mycket tydliga bevis på ett flodsystem som rann in i en krater och sedan fyllde upp den med sediment", säger Ashwin Vasavada, Curiositys projektforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien.
Upptäckten är viktig eftersom den ger nya insikter i vattnets historia på Mars.
Forskare har länge trott att Mars en gång var en mycket blötare planet än den är idag, men bevisen för detta har varit begränsade.
Curiositys fynd lägger till den växande mängden bevis som tyder på att Mars en gång hade ett mycket annorlunda klimat än det gör idag.
"Det här är en riktigt stor sak", säger Jim Green, NASA:s chef för planetvetenskap. "Det är första gången som vi har sett definitiva bevis på ett flodsystem på Mars som var aktivt relativt nyligen i planetens historia."
Upptäckten har också konsekvenser för sökandet efter liv på Mars.
Om det en gång funnits vatten på Mars är det möjligt att det kunde ha funnits liv där också.
Curiositys fynd väcker förhoppningar om att forskare en dag kan hitta bevis på tidigare liv på Mars.
"Det här är en mycket spännande upptäckt som öppnar nya möjligheter för utforskningen av Mars", säger NASA-administratören Jim Bridenstine. "Vi kan inte vänta med att se vad mer Curiosity hittar under de kommande åren."
