两汉时期，农业的进一步发展，铁农具的广泛使用，为兴修水利提供了有利条件，这一时期也是中国古代水利工程繁荣发展的重要时期，漕渠、六辅渠、白渠等水利工程的修建都促进了农业的发展和社会经济的进一步发展，为汉王朝的繁荣奠定了基础。
继战国秦朝兴修大规模灌溉渠系郑国渠、都江堰之后，两汉时期朝廷又在黄河流域兴修了大规模水利工程以满足农业发展的需要，主要有以营建灌溉渠系为主的漕渠、六辅渠、白渠、龙首渠等著名工程。
公元前129年，为了转输由关东西运的漕粮，在著名水工徐伯的领导下，征发几万民工开凿了与渭河平行的漕渠。漕渠在渭河的南岸，傍渭东行，流经临潼、渭南、华县、华阴直到潼关附近注入黄河，长100多公里。渠成后不仅使这一段的清运时间缩短一半，而且使沿渠两岸万余顷土地受益。
公元前111年，左内史倪宽奏请汉武帝在原郑国渠上游南岸开凿六条较小的支渠，以灌溉郑国渠上游南岸的高地。支渠开凿后，称为六辅渠。六辅渠灌溉良田，为民造福，至唐犹存。
公元前95年，汉武帝下令修建白渠。白渠连接泾水和渭水，全长近200里，灌溉农田4500余顷，水中泥土又可肥田。这些水利工程对关中农业生产的发展起了相当重要的作用。
公元前128年，汉武帝下令修建龙首渠，这是中国历史上第一条地下水渠。修建龙首渠使用的是“井渠法”。当时水工们在地下挖一条暗渠，将水从商颜山的西面引向东面。开挖之前，在相隔一定距离的地方先开凿一口竖井，以确定暗渠开挖的位置，并作为开挖暗渠的出土口和通风口。竖井深浅不等，随暗渠距地面的深度而定，最深处达40余丈。井渠法开创了后代隧洞竖井施工法的先河，井渠是世界水利史上的创举，适合土质松软、不易修渠地区的农田灌溉。
江淮、江汉之间以修治天然陂池为主。天然陂池是利用自然地势，经过人工整理的储水工程，其功能是蓄水灌田。两汉时期，在江淮、江汉之间的丘陵地区，普遍修筑陂池，其中西汉吕倍臣在河南南阳地区修建的六门陂最为著名。当时人们利用陂塘养鱼、灌田，进行综合利用。
东南地区海拔很低，降水丰富，农田水利特点以排出积水、变湿淤之地为良田为主。东汉时在今浙江绍兴修建的鉴湖水利工程，是长江以南最古老的大型水利工程之一。西北则主要是利用雪水或下水，修筑特殊的水利工程坎儿井。坎儿井是新疆一带的灌溉工程，从山坡上直到田里挖成一连串的井，再把井底挖空，连成暗沟把山上融化的雪水和下水引来浇灌田。许多历史学家认为，坎儿井的建造技术，最早为西汉修建龙首渠时所采用，后来随同西汉在新疆屯田而传入新疆。
黄河的治理更是当时一项巨大的水利工程。针对黄河泛滥，汉武帝和汉明帝两次大规模治理黄河，取得良好效果。公元前132年，黄河在东郡瓠子堤（今河南消阳附近）决口，经巨野泽东南流入淮泗，泛滥达16郡。公元前109年，汉武帝征发数万人修筑瓠子堤，并亲往工地视察。决口堵塞后，河水复归故道北行，此后80年间未再发生大的水灾。东汉明帝时，在著名的水利工程专家王景和王吴的主持下，黄河流域的几十万劳动人民先用“堰流法”修筑了浚仪渠，并从荥阳至千乘（今山东利津）海口千余里间修渠筑堤。经过广大人民的辛勤劳动，终于战胜了黄河水患。此后八百年间，黄河没有改道，水灾也减少了。
农具的改进、牛耕的推广和水利工程的修建，使两汉农业经济得到迅速发展，西汉末年全国耕地面积达800多万顷。经过西汉末年动荡，到东汉和帝时，全国耕地面积又恢复到732万顷。一时出现兴盛景象。
延伸阅读
坎儿井的来源
“坎井”一词屡见于典籍。《初学记》把井分为天井、坎井等名目，可见“坎井”早就是井类家族的正式成员。坎井在汉语中是一个开音节和闭音节组成的词语，容易儿化为坎儿井，翻译成维吾尔语自然会嵌入一个“儿”音节。维吾尔语Kariz是直接从汉语音译“坎井”而来。钱伯泉以坎儿井在《史记》、《汉书》等典籍中称“井渠”，而山东桓台县民间多称其为“洞子井”为据，考证维吾尔语Kariz的语源是汉语“洞子井”的意译。接近新疆地方的肃州民众也把坎儿井称为洞子渠。不论坎儿井是汉语音译或意译，都表明它源于中国。