早在1979年，西北农业大学开始筹建干旱半干旱农业研究中心，1980年经原农牧渔业部批准，列入我国联合国开发计划署、粮农组织签署的“加强农业教育”项目，接受部分资助，正式开展活动。1983年4月，又将干旱半干旱农业研究中心列入世界银行第二期农业教育科研项目分项目贷款，进行重点资助。经过近四年的组建工作，干旱半干旱农业研究中心已具雏形，并与国内同类研究单位建立了学术联系，受到普遍重视。1985年4月1日，原农牧渔业部正式批准干旱半干旱农业研究中心的建制和人员编制，并定名为“西北农业大学干旱半干旱研究中心”，成为我国建立的第一个旱区农业研究机构。
1996年经农业部批准成立农业水土工程农业部重点开放实验室，2002年被农业部评估后更名为旱区农业节水重点开放实验室，2008年获批更名为西部旱区节水工程重点开放实验室。
1999年科学技术部正式批准成立国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心，主管部门为陕西省人民政府和中国科学院，依托单位西北农林科技大学。“中心”作为中国科学院水利部水土保持研究所创新单元整体进入中国科学院“知识创新工程”。2002年底顺利通过科技部验收，正式列入国家工程中心序列。
2000年经教育部批准成立旱区农业水土工程教育部重点实验室。
2008年经农业部批准成立农业部旱地作物生产与生态重点开放实验室。
2010年， 西北农林科技大学为充分发挥学校旱区节水农业方面的整体优势，全面提升该学科群的发展水平，创建国内一流、国际知名的科研基地，组建成立了跨学院、跨学 科，相对独立的学术研究机构和多学科共享的科研平台——西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院。至此，我校整合了国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心、旱区农业水土工程教育部重点实验室、陕西省现代节水农业工程技术研究中心等国家、省部级研究基地。
研究院组建后，2012获批发改委作物高效用水国家工程实验室、农业农村部农业高效用水重点实验室、农业农村部西北黄土高原作物生理生态与耕作栽培重点实验室，现已成为国际一流的旱区节水农业科技创新基地和国家干旱半干旱地区农业发展战略决策咨询机构。