本院歷史可追溯到1933年，前身為中國最早的水利科學研究機構—中國第壹水工實驗所，幾經變遷，於1958年經國務院規劃委員會批準，將多家單位合並，組建了水利水電科學研究院，1994年經國家科委批準更名為中國水利水電科學研究院。
歷經五十余年的發展，本院已建設成為學科門類齊全、人才優勢明顯的國家級綜合性水利水電科學研究和技術開發的中心。截止2011年底，全院***有職工1411人，其中院本部1159人，牧區水利科學研究所137人，天津水利電力機電所115人，擁有中科院院士2人，工程院院士5人，具有正高級專業技術職務189人，具有副高級專業技術職務379人。現有13個非營利研究所、5個科技企業、1個綜合事業部和1個後勤企業，擁有4個國家級研究中心、6個部級研究中心。主要研究領域覆蓋了水文學與水資源、水環境與生態、防洪抗旱與減災、水土保持與江湖治理、農村與牧區水利、水利史、水力學、巖土工程、水工結構與材料、工程抗震、機電、自動化、工程監測與檢測、風能等可再生能源、信息化技術等多個學科方向。具有工程咨詢甲級資格證書（水利工程、水電）、水文與水資源調查評價甲級資質證書、建設項目環境影響評價甲級資質證書、建設項目水資源論證甲級資質證書、水土保持監測甲級資格證書、水土保持方案編制甲級資格證書、水利工程質量檢測甲級資質（巖土類、混凝土工程類、量測類）、水利工程施工監理甲級資質證書、工程勘察甲級證書、文物保護工程勘察設計甲級資質證書、對外承包工程資格甲級資質（工程建設類、非工程建設類），以及工程設計、設備制造監理、計算機信息系統集成等資質，通過了國家計量認證、ISO9001質量管理體系認證等，被遴選為北京市政府固定資產投資項目咨詢評估機構以及水利部水利水電建設工程蓄水安全鑒定和大中型水閘安全評價單位。
本院擁有1個國際中心為掛靠本院的中美節水灌溉聯合研究中心；4個國家級中心分別為國家節水灌溉北京工程技術研究中心、國家農業灌排設備質量監督檢驗中心、國家水電可持續發展研究中心和國家能源水能高效利用與大壩安全技術研發中心；6個部級中心分別為水利部防洪抗旱減災工程技術中心、水利部水資源與水生態工程技術研究中心、水利部水土保持生態工程技術研究中心、水利部草地水土保持生態研究中心、水利部水環境監測評價研究中心和水利部遙感技術應用中心。建有1個國家級重點實驗室為流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，2個部級重點實驗室分別為水利部水工程建設與安全重點實驗室和水沙科學與江河治理重點實驗室，另有18個院級專業實驗室，配備大型高速水流減壓箱、大型三向六自由度模擬地震振動臺、離心模擬試驗機、水力機械模型通用試驗臺、水質色譜-質譜聯機儀等許多在規模和性能方面均位於國內外前列的重要儀器設備，以及壹大批自主開發的水利水電計算機軟件和大型高性能的並行計算平臺，為科學研究創造了優良的科研基礎條件。
多年來，本院主持承擔了壹大批國家級重大科技攻關項目和省部級重點科研項目，承擔了國內幾乎所有重大水利水電工程關鍵技術問題的研究任務，還在國內外開展了壹系列的工程技術咨詢、評估和技術服務等科研工作。全院各類科研合同額逐年穩步增長，研究取得了壹大批原創性、突破性科研成果。2011年，通過驗收鑒定成果318項，榮獲國家科學技術進步二等獎1項，省部級科技進步獎22項；出版專著38部，發表學術論文778篇，撰寫各類科研報告728份；獲得專利授權公告45項。