新疆古稱西域。漢武帝派張騫通西域以前，南疆的且末、于闐(都城在今和田境)等國，都已開始栽培穀物，可能有簡單的水利工程，引附近的河水灌田。不過南疆大型水利工程的興建，當從漢武帝時屯田西域開始。西漢後期，隨著屯田區的擴大，地面灌渠的建設，便進一步發展起來。
《史記》和《漢書》都記載，漢武帝時，在天山南麓的輪台，「有溉田五千頃以上」。灌溉這樣多的土地，水利設施的規模當然不會太小。當代考古學家黃文弼曾深入新疆實地考察，發現阿克蘇地區沙雅縣境內的地表，仍然可以見到漢代的古渠，長約200里。他說，當地人稱它為「黑太也拉克」，意為漢人渠。旁有古城遺址，當地人稱為「黑太沁」，意即漢人城。1965年，新疆生產建設兵團的工作人員，在今若羌縣東面，發現了一個相當完整的漢朝灌溉網，總乾渠從米蘭河引水，下分七條支渠。乾渠和支渠上建有總閘和分閘。渠道懷抱米蘭古城。據說，這一渠系只要稍加清理，仍可使用。文獻的記載，遺迹的發現，表明漢朝時，南疆的地面灌渠建設，已經很有成就。
歷三國兩晉南北朝到隋唐，西域這種灌渠建設進一步擴大了，特別是唐朝。從很不完備的文獻中，我們仍然可以知道，無論在高昌還是巨麗城，都修建起一定規模的灌溉渠道。
高昌位於吐魯番東南，是唐朝西州的治所，還一度為安西都護府駐地。唐朝很重視這裡的水利建設。據吐魯番出土文書記載，唐在此設有專門水官，負責統籌這裡的水利建設和管理；參加水利建設的，不僅有漢人，還有突厥等少數民族。文書還說，在高昌城南有一條渠道，在20里內，有16處堤堰，每一堤堰都有一條支渠，可見渠道密布的情況。
巨麗城位於塔剌斯河邊。玄奘《大唐西域記》中稱為坦羅斯城(今哈薩克江布爾城)。唐朝時，它隸屬於安西都護府，有許多唐人在此居住。據載，巨麗城外有一條重要的灌溉渠道，它是安西節度使所屬參謀官、太原人王濟之領導當地唐人修建的。這一工程質量很好，到蒙古汗國的軍隊西徵到這裡時，它還繼續發揮作用。蒙古汗國有一位重要大臣耶律楚材，在他西往中亞參見鐵木真時，曾親眼見到這條灌渠，並把它記在《西遊錄》中。
到清朝，在天山南北所修建的灌渠更多。圖伯特、松筠、林則徐、左宗棠等，在這方面都作出了重大的貢獻。
乾隆二十年到二十四年(公元1755年—1759年)，清軍相繼平定阿睦爾撒納和布拉尼敦、霍集占(即大小和卓)的叛亂。為了加強回疆(當時清對新疆的稱呼)的軍事力量，乾隆二十九年(公元1764年)，清政府從東北地區，即盛京(遼寧省瀋陽市)將軍的管區，調一支軍隊到伊犁。這支軍隊由錫伯人組成，包括家屬，共3000人。他們在伊犁一帶，一邊駐防，一邊屯墾。從屯墾的需要出發，他們以伊犁河為水源，修建了一條長約180里的乾渠，稱察布查爾。察布查爾，錫伯語意為「糧倉」。嘉慶七年(公元1802年)，錫伯營總管圖伯特，又率領本族軍民，用八年的時間，在舊渠北面鑿了一條新渠。新渠長200多里 ，寬10尺。兩渠共可溉田10多萬畝，至今仍在發揮作用。
與圖伯特鑿察布查爾新渠的同時，回疆最高軍政首領、伊犁將軍松筠(蒙古族正蘭旗人)，也在伊犁河北面，進行規模很大的水利建設，既修理舊渠，又穿鑿新渠。在一系列的渠系建設中，最重要是引伊犁河支流哈什河(喀什河)為水源的渠道的拓展，修了170多里新支渠。後來，它被皇帝命名為通惠渠。《新疆圖志》記載，哈什有一條皇渠，溉田43.7萬畝。有人認為這條皇渠可能就是通惠渠。
道光二十二年(公元1842年)，清政府將禁煙有功的林則徐謫戍伊犁，「效力贖罪」。林則徐在伊犁深得伊犁將軍布彥泰的器重，1844年授命他與全慶共同興辦南疆水利。兩人組織各族人民，在南疆的和爾罕(今若羌北)、葉爾羌(今莎車)、喀喇沙爾(今焉耆)、伊拉里克(今托克遜西)、庫車、烏什、和闐、喀什噶爾等地，經過約一年的努力，修建成數量很多的水利工程，墾地近70萬畝，成績斐然。
同治三年(公元1864年)，中亞浩罕國在英國支持下，派阿古柏率兵侵入我國南疆。接著，俄國也以護僑為借口，強佔我國伊犁地區。南北疆許多水利設施湮廢。後來，左宗棠統兵入疆，曾紀澤赴俄交涉，在軍事和外交雙重努力下，大部分失地收復。光緒十二年(公元1884年)，新疆建省。建省前後，左宗棠和劉錦棠先後在新疆擔任軍政要職時，都把恢複和發展南北疆的農田水利，作為善後工作的重要內容之一，他們組織士兵和各族人民，在各地修建成許多渠道，開墾出大量的農田。據後來編寫的《新疆圖志·溝洫志》統計，全區已有乾渠900多條，灌田面積1100多萬畝。