1956年，水利科学研究院水利土壤改良研究所成立，人员来自水利部灌溉总局、留学回国人员和应届大、中专毕业生，编制近90人。设有盐碱地改良研究组、灌溉研究组、水文地质队、 土壤队和化验室，研究工作主要集中在灌区土壤和水文地质调查、盐碱地排水和种稻改良、农作物灌溉制度试验、地面灌溉技术试验、渠系水利用系数测定等方面。

1959年，由于水利部与电力部合并，水利部灌溉总局划归农业部，全所科研骨干力量一分为二：一半人员归属到中国农业科学院，成立了农田灌溉研究所，另一半留下，水利土壤改良研究所改名为水利水电科学研究院灌溉研究所。研究工作主要结合群众性水利建设项目开展。

1961年，灌溉研究所更名为水利研究所，设有5个研究组和一个水工试验厅。研究工作集中在灌区盐碱地排水改良、土壤次生盐碱化防治技术、土壤改良区划、渠道防渗和渠系建筑物工程技术（包括室内外模型试验）、北方地区开发利用地下水及井灌技术、 南方地区鼠道排水试验、室内排水模型试验和渗流理论计算等方面。

1966年，“文化大革命”期间，研究工作停顿，1969年水利研究所被解散，科研人员下放到各省、区和水利水电建设工地。

1978年，水利研究所在北京恢复。

1980年，中国国家灌排委员会成立，该委员会秘书处设在水利研究所。

1984年，水利电力部成立水质研究中心，挂靠在水利研究所。

1988年，水质研究中心独立运行；依托水利研究所自1975年以来开展的滴灌技术研究成果成立了北京燕山滴灌技术开发研究所。

1991年，经水利部科技司批准，在北京大兴建立农业节水灌排试验基地，占地250亩。

1993年6月，水利部批准成立“水利部灌排设备检测中心”，该中心挂靠在水利研究所。

1999年，国家科技部批准以水利研究所为依托组建国家节水灌溉北京工程技术研究中心，中心于2002年通过科技部验收。之后水利研究所与国家节水灌溉工程技术研究中心（北京）并行运作。

2005年8月，国家认证认可监督管理委员会批准在“水利部灌排设备检测中心”的基础上组建“国家农业灌排设备质量监督检验中心”，该中心挂靠在水利研究所。

2006年9月，国家认证认可监督管理委员会授权“国家农业灌排设备质量监督检验中心”开展产品质量监督检验业务。

2011年2月，科学技术部挂牌成立中美节水灌溉联合研究中心，依托单位为国家节水灌溉工程技术研究中心。