旱区农业水土工程教育部重点实验室是在1996年农业部批准成立的农业水土工程农业部重点开放实验室基础上组建的。它是从1932年近代著名水利大师李仪祉先生创办的陕西水利专修班、1934年成立的西北农林专科学校水利组、1941年成立的西北农学院农田水利研究部的基础上发展起来的。1982年实验室所属的农业水土工程学科获准成立了我国第一个农田灌溉专业（农业水土工程）硕士点。1986年经国务院学位委员会批准获博士授予权，1992年经农业部批准成立农业水土工程研究所，1993年和1999年农业水土工程学科被农业部批准为部级重点学科。1998年农业部批准成立了农业工程博士后流动站。2000年经教育部批准建立了旱区农业水土工程教育部重点实验室，并于2001年经教育部批准在农业水土工程学科设立特聘教授岗位。2002年农业水土工程学科被批准为国家重点学科。学术委员会主任为“长江学者奖励计划”特聘教授、国家级有突出贡献的中青年专家、全国模范教师、中国工程院院士康绍忠教授。
实验室立足西北、面向整个干旱半干旱地区，以学科交叉、渗透融合为突破口，依托西北农林科技大学农业工程、水资源与水工程、农业资源环境及农业生物等多学科交叉的优势，以水—土—作物有机结合，工程措施和农业生物措施相统一为特色；以旱区水资源形成与水土环境演变规律及其调控理论和大规模提高农业用水效率为学术研究方向。实验室主要研究内容为：旱区灌溉农业节水的应用基础；节水灌溉与灌区用水管理；干旱半干旱地区水资源可持续利用理论与技术；农业水土环境监测、保育与修复；农业水土与环境调控的工程建设理论与新技术。
实验室先后承担国家重大科技攻关项目，国家重大基础性研究计划项目，国家“863”计划项目，国家“十五”节水农业重大专项、国家自然科学基金重大项目，国家杰出青年科学基金，国家自然科学基金面上项目、国家农业高效用水重大产业化工程项目，霍英东教育基金会高校青年教师奖励基金，中华农业科教人才基金与科研基金，高校博士点基金，水利部水利水电科学基金，省（部）级科技攻关及自然科学基金，国际（中以、中澳、中日和中美）合作、省部级司局及横向协作等课题120余项。实验室的研究工作已形成了鲜明的西部地域特色，在SPAC水分传输动力学及其节水机制、作物需水量计算与非充分灌溉理论、作物控制性分根交替灌溉、大田作物调亏灌溉、多泥沙渠道量水配水技术、黄土区地下水利用、水库泥沙处理技术、渠道防渗防冻材料与技术等领域的研究具有较高的水平。
实验室曾获国家科技进步一等奖、国家发明奖、教育部科技进步一等奖、水利部科技进步一等奖、陕西省科技进步一等奖等50多项国家和部省级奖励，出版学术专著50多部，获得国家专利40多项，在国内外核心学术刊物上发表研究论文600余篇，被三大检索数据库（SCI、EI、ISTP）系统收录论文100多篇。其研究成果已在陕西、甘肃、内蒙、新疆等省（区）大面积推广。多年来一直把节水农业的应用基础、关键技术研究和示范推广、技术培训作为一个整体，形成了校内重点实验室、田间节水试验站和覆盖整个西北旱区的野外试验示范推广和技术培训站点于一体的实验网络体系。
实验室先后有21人次应邀赴日本、加拿大、以色列、美国、澳大利亚、比利时、俄罗斯、泰国、香港等地进行合作研究与访问。先后与香港浸会大学生物系、以色列农业研究组织水土与环境科学研究所、澳大利亚持续灌溉农业研究所、澳大利亚联邦科学与工业组织水土研究所及美国怀俄明大学土壤系、美国农业部水土保持实验室、美国Earthwatch研究所建立了实质性的合作关系，进行果园节水灌溉、作物节水生理机制、调亏灌溉和分根交替灌溉以及人类活动对水环境演变的影响等合作项目研究。来自美国、以色列、澳大利亚、英国、日本、加拿大、香港及台湾的专家学者200余人次曾来室进行合作研究、讲学和参观。
在“十一五”期间，实验室将立足西北，面向整个干旱半干旱地区，瞄准本学科发展前沿和热点，依据21世纪我国西北地区农业可持续发展和我国人口高峰期食物安全等关系到生存与发展的重大问题对科技的需求，以农业生物、土壤、水利及生态环境等多学科交叉、渗透融合为突破口，力求以农业生物技术和农业工程技术相统一，以提高农业用水效率和促进水资源的可持续利用为目标；重点探索西北地区农业节水、水资源持续高效利用中的重大基础性问题和关键技术，使实验室的研究工作和学术水平达到国际先进水平，为“再造一个山川秀美的西北地区”和实施西部大开发，解决旱区缺水和水土环境恶化问题, 促进生态环境的良性运转、改善整个中西部地区的生态环境做出重要的贡献。