农田水利这一古老工程技术可以远溯至新石器时代。从世界范围来说，有文字记载的最早的灌溉工程，是公元前3400年左右美尼斯王朝修建在埃及孟菲斯城附近截引尼罗河洪水淤灌工程。约公元前2200年，巴比伦在底格里斯和幼发拉底河河谷建造了当时世界上规模最大的奈赫赖万灌溉渠道。在汉穆拉比法典中已有灌溉管理的条款。中国、印度、古罗马、古波斯等国灌溉起源也都很早。2000多年前，锡兰（今斯里兰卡）即修建水库,公元前300年即有大面积灌溉土地可以一年两熟。20世纪30年代，印度开始应用现代工程技术修建大型自流灌溉工程，同时发展小型提水灌溉及井灌。波斯(今伊朗)、叙利亚、意大利等国的灌溉，已有几千年的历史。在西班牙人进入美洲之前，墨西哥、秘鲁以及美国西南部已有灌溉设施。19世纪中叶，在美国西部大盐湖河谷地带开始了移民垦殖开发灌溉；20世纪初，美国联邦政府开始在西部17州进行以灌溉为主的水利综合开发。苏联约有 1/4国土面积年降雨量小于400mm,灌溉农业也有较长历史；十月革命后灌溉事业有了较大的发展，主要集中在中亚细亚。以水利土壤改良为基础的苏联灌溉排水科学技术已自成体系。

中国在长江下游考古中，发现有新石器时代灌溉种稻的遗迹，约有5000年的历史。公元前1600～前1100年中国实行井田制度，划分田块，利用沟洫灌溉排水。到西周时代，沟洫工程进一步发展，并出现了蓄水工程。约公元前600年，孙叔敖兴建期思雩娄灌区,是中国最早见于记载的灌溉工程。春秋战国时代曾修建过多处大型自流灌溉工程，著名的有引漳十二渠、都江堰、郑国渠(见郑白渠)等。在此期间也已经使用秸槔提水灌溉。当时人们已认识到农田水利的重要意义，《荀子·王利》曾指出：“高者不旱，下者不水，寒暑和节，而五谷以时熟，是天下之事也”。秦汉时期，灌溉排水及其他农田水利建设已由黄河、长江和淮河流域扩展到浙江、云南、甘肃河西走廊以及新疆等地。隋、唐、宋时期，中国农田水利进入巩固发展的时期。太湖下游兴修圩田、水网；黄河中下游地区大面积放淤；同时，水利法规渐趋完备：唐有《水部式》，宋有《农田水利约束》等。元、明、清时期，长江、珠江流域，特别是两湖、两广地区，农田水利得到了进一步开发。明天启年间《农政全书》问世,书中《水利》为中国农田水利学滥觞;《泰西水法》为介绍西方水利技术的最早著述。19世纪末,西方灌溉、排水科学技术开始在中国应用。20世纪30年代，陕西省建成泾惠、渭惠、梅惠等大型自流灌区。其他各省也相继举办了一些不同类型的农田水利工程。与此同时，从南方的广东、江苏到北方的陕西、宁夏等地，先后开展了一些灌溉、排水的科学研究工作。