人類探索除水害、興水利的歷史，猶如人類的文明史那樣悠久。在生產實踐中，特別在與水旱災害的鬥爭中，人類不斷觀測各種水文現象，思考和研究它們的規律，積累起關於水的豐富知識，逐漸形成、並不斷發展了水文科學。
水文學源遠流長，經歷了漫長的醞釀時期，而它的飛躍發展則是最近壹個世紀的事。同自然科學的許多學科相似，人們還難以找出公認的裏程碑，把水文科學的歷史進程劃分成若幹明確的階段。我們只是順著它前進的足跡，大體劃分以下。 (遠古至約公元1400年)
在尼羅河、幼發拉底河、恒河和黃河這些古老文化發祥地的遺跡中，我們可以看到這壹時期已經開始了原始的水文觀測。最早的水位觀測是在中國和埃及開始的。
約公元前22世紀，中國傳說中的大禹治水，已“隨山刊木”(立木於河中)，觀測河水漲落。此後，戰國時李冰設於都江堰的“石人”，隋代的石刻水則，宋代的水則碑等，表明水位觀測不斷進步。
最早的雨量觀測於公元前四世紀首先在印度出現，中國於公元前三世紀的秦代已開始有呈報雨量的制度，到了公元1247年，已有了較科學的雨量器和雨深計算方法，並開始用“竹籠驗雪”以計算平地降雪深度。明代劉天和在治理黃河工作中，已采用手制“乘沙量水器”測定河水中泥沙的數量。
中國古籍《呂氏春秋》中寫道：“雲氣西行雲雲然，冬夏不輟；水泉東流，日夜不休，上不竭，下不滿，小為大，重為輕，國道也。”提出了樸素的水文循環概念。成書於公元約六世紀初的《水經註》中，記述了當時中國境內1252條河流的概況，成為水文地理考察的先驅。
誠然，這些原始的水文觀測和水文知識是膚淺零星的，但已為當時生活和生產提供了重要的水文資料。例如，根據雨量多少決定稅收的多少，根據上遊的水位向下遊傳遞水情等，標誌著水文科學的萌芽。 (約1400～1900)
歐洲文藝復興帶來的科學思想的解放和科學技術的進步，為水文科學發展成為獨立的學科奠定了基礎。這壹時期，水文儀器的發明使水文觀測進入了科學的定量觀測階段。
1663年雷恩和胡克創制了翻鬥式自記雨量計，1687年哈雷創制測量水面蒸發量的蒸發器，1870年埃利斯發明旋槳式流速儀，1885年普賴斯發明旋杯式流速儀。這些近代水文儀器使流量、流速、蒸發、降水的觀測達到了相當的精度，利用這些近代水文儀器進行水文觀測的各種水文站陸續出現。
1746年，中國在黃河老壩口設立了全國第壹個正規水位站，開始系統觀測水位，並進行報汛。這些成就使水文現象的觀測視野在深度和廣度上空前擴大，為水文科學在理論上的發展創造了條件。
在這壹時期，近代水文科學理論開始逐漸形成。1674年佩羅提出了水量平衡的概念，成為水文科學最基本的原理之壹；1738年伯努利父子發表水流能量方程，1775年謝才發表明渠均勻流公式；1802年道爾頓建立了研究水面蒸發的道爾頓公式；1856年，達西發表了描述孔隙介質中地下水運動的達西定律；1851年莫萬尼提出了匯流和徑流系數的概念，並發表了計算最大流量的著名推理公式。
這些科學理論的創立，為水文科學在河道水流、蒸發、地下水運動、徑流形成和水文循環等領域的發展奠定了理論基礎，它表明人類對水文現象的認識已由萌芽時期那種膚淺零星的知識，發展到了比較深刻系統的知識。同時也表明，人類對地球上水的運動、變化規律的探索，已發展到以大量觀測事實為基礎，進行假說、演繹和推理，進而建立各理論體系的近代科學方法論。
19世紀末，專門水文研究機構開始出現，壹些國家開始出版水文年鑒。弗裏西著的《河流水文測驗方法》、福雷爾著的《日內瓦湖湖泊誌》、馬略特著的《水的運動》等水文學專著陸續出版。這些著作總結了當時水文觀測和理論研究的成就，標誌著水文科學作為壹門近代科學已奠定基礎。 應用水文學(約1900～1950)
這壹時期，水文科學在觀測方法，理論體系和研究領域等方面繼續取得新成就，但它最重要的進展是應用水文學的興起。
進入20世紀，特別是第壹次世界大戰以後，大量興起的防洪、灌溉、交通工程和農業、林業乃至城市建設向水文科學提出越來越多的新課題，解決這些課題的方法也由經驗的、零碎的逐漸理論化和系統化，水文科學的應用特色逐漸表現出來。
首先，從1914年到1924年，經過黑曾、福斯特等人的工作，把概率論、數理統計的理論和方法系統地引入了水文科學，使水文變量(如洪峰和洪量)和它出現的機率聯系起來，為預估工程未來運行時期內可能出現的水文情勢開辟了道路。
接著，從1932年到1938年，謝爾曼、霍頓、麥卡錫、斯奈德等人在產流和匯流計算方面取得開拓性進展，為根據降雨推算洪水開辟了道路。隨後，克拉克、林斯雷等人在單位線、多個水文變量聯合分析和徑流調節的理論、方法等方面發展並豐富了上述的內容。
在此期間，水文站在世界範圍內發展成規模宏大的水文站網系統，這些成就為應用水文學的興起在理論上、方法上和資料條件方面奠定了基礎，並率先形成了它最重要的分支學科——工程水文學。接著，農業水文學、森林水文學、都市水文學也相繼興起。
1949年，林斯雷和柯勒、保羅赫斯合著《應用水文學》；同年，姜斯敦和克樂斯合著的《應用水文學原理、美國土木工程師學會編著的《水文學手冊》等應用水文學專著陸續問世，總結了這壹時期的成就，標誌著應用水文學的誕生。應用水文學，以它直接為生產和生活提供多方面服務這壹鮮明特征，獲得迅速發展，成為近代水文科學體系中最富有生氣的分支學科。 20世紀50年代以來，社會生產規模空前擴大，科學技術進入了新的發展時期，並正在出現新的技術革命，人類改造自然的能力迅速增強，人與水的關系已經由古代的趨利避害，和近代較低水平的興利除害，發展到了現代較高水平的興利除害的新階段。這個新階段賦予水文科學以新的動力和新的特色。
首先，由於人類對水資源的突出需求，水文科學的研究領域正在向著為水資源最優開發利用的方向發展，以期為客觀評價、合理開發、充分利用和保護水資源提供科學依據
其次，大規模的人類活動對自然水體，進而對自然環境正在產生多方面的影響。研究和評價人類活動的水文效應和這種效應的環境意義，揭示人類活動影響下水文現象的規律，進而探討水文分析的新方法和新途徑，防止人類活動對水文循環的影響朝著不利於人類生存環境的方向發展，這壹切正在成為水文科學面臨的新課題。
另外，現代科學技術使獲取水文信息的手段和分析水文信息的方法有了長足的進步。例如，遙感技術的應用，使同時觀測大範圍內的宏觀水文現象成為可能；核技術的應用使人們能夠獲得微觀水文信息；水文模擬方法、水文隨機分析方法、水文系統分析方法，使人們研究水文現象的能力發展到新的水平；尤其是電子計算機的應用，使水文科學從水文觀測到基本規律的研究，由人力和機械操作，發展到以電子計算機為核心的自動化。
水文科學和其他科學之間的邊緣科學正在不斷興起，學科間的空隙逐漸得到填補。同時，人們開始看到，水已成為影響社會發展的重要因素。水在表現它的自然屬性的同時，它的社會屬性也日益表現出來，並逐漸為人們所認識。因此，水文科學將有可能發展成為具有自然科學和社會科學雙重性質的壹門綜合性科學。