The antimicrobial resistance of bacteria in an aquatic ecosystem may be changed by various environmental factors. This study investigated the microbial communities and Enterobacteriaceae's antimicrobial resistance in representative locations including hospital sewage of an urban water cycle model. Sampling was conducted at the sequential points from hospital effluent to wastewater treatment plants (WWTP) and river samples as water supply sources were taken for comparison. The genetic diversity for beta-lactams, aminoglycosides, and MDRs resistance was relatively higher in influent and effluent before UV treatment of WWTP, and hospital effluent when compared to river. The genes for ESBL, PABL, and MBL were abundantly detected both in WWTP influent and hospital effluent. Similar to the above data, Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae strains carrying carbapenem-resistant genes were also isolated from the WWTP. E. coli strains harboring CTX-M-14, -15, -27, and -55 genes were mainly detected from the influent of WWTP. Moreover, carbapenem-resistant K. pneumoniae (CRKP) ST307 strains harboring KPC-2 were also detected in the influent. The clonality of the CRKP and ESBL-producing E. coli strains showed high genetic similarity. This indicates that WWTP and hospital effluent possibly play a role in resources increasing antibiotic resistance in the natural environment.