Η υδρολογία αναπτύχθηκε σαν αυτοτελής επιστήμη κατά τα τελευταία χρόνια, παρ' όλο που απασχόλησε τον άνθρωπο από την Αρχαιότητα.
Μερικά υδατικά έργα που διασώθηκαν μέχρι σήμερα είναι άξια θαυμασμού, όπως το ρωμαϊκό υδραγωγείο των Αθηνών και το σύστημα υδρεύσεως της Ιερουσαλήμ με τις περίφημες δεξαμενές που κατασκευάστηκαν επί Σολομώντος. Τα ελληνικά και ρωμαϊκά λουτρά μαρτυρούν ότι οι αρχαίοι γνώριζαν αρκετά για την πρακτική και την εφαρμοσμένη υδρολογία. Η Παλαιά Διαθήκη στα βιβλία «Αμώς» και «Εκκλησιαστής» αναφέρεται στην υδρολογία. Αρκετοί επίσης αρχαίοι συγγραφείς αναφέρονται στην υδρολογία όπως, π.χ. ο Όμηρος στην Ἰλιάδα, ο Πλάτων στον διάλογό του Φαίδων και άλλοι. Εκείνος όμως που ασχολήθηκε περισσότερο και θέλησε να ερμηνεύσει ορισμένα υδρολογικά φαινόμενα, είναι ο Έλληνας φιλόσοφος Αναξαγόρας (500-428 π.Χ.).
Ο Αναξαγόρας πίστευε ότι η γη δεν δημιουργεί νέο νερό αλλά ότι ο ήλιος με τη θερμότητά του διεγείρει το νερό από τη θάλασσα, ανεβαίνει στην ατμόσφαιρα, γίνεται νέφος και μετά πέφτει στη γη σαν βροχή. Κατά τη διάρκεια των βροχών το νερό κατασταλάζει μέσα από το έδαφος και γεμίζει τις υπόγειες δεξαμενές, από τις οποίες πηγάζουν οι ποταμοί. Επειδή ορισμένες δεξαμενές είναι μεγαλύτερες από τις άλλες, η ροή μερικών ποταμών είναι διαρκής ενώ άλλων είναι σύντομη.
Οι θεωρίες του Αναξαγόρα ίσχυσαν περίπου 100 χρόνια μέχρι που παραμερίστηκαν από τις θεωρίες του Αριστοτέλη (384-322 π.Χ.). Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι το νερό της θάλασσας εισέρχεται στις ηπείρους μέσω υπογείων σηράγγων, διυλίζεται στο εσωτερικό της γης, ανεβαίνει στην επιφάνεια και χύνεται σ' αυτή υπό μορφή πηγών. Πίστευε επίσης ότι το νερό μετατρέπεται σε αέρα ο οποίος με τη σειρά του μετατρέπεται σε νερό υπό μορφή βροχής ή δρόσου. Τις δοξασίες του αυτές ο Αριστοτέλης τις στήριξε σε παρατηρήσεις που έκαμε, όπως και ο Αναξαγόρας, σε καρστικές περιοχές, σε μερικές από τις οποίες ακόμη και σήμερα η θάλασσα χάνεται μέσα στη ξηρά, όπως στις περιοχές της Αδριατικής. Τα τοπικά αυτά φαινόμενα παραπλάνησαν τον Αριστοτέλη ο οποίος και δεν έδωσε την πραγματική ερμηνεία των φαινομένων αυτών.
Ο μαθητής του Αριστοτέλη Θεόφραστος (371-287 π.Χ.) είχε ορθότερες θεωρίες για τον υδρολογικό κύκλο. Όμως οι θεωρίες του μεγάλου Αριστοτέλη επεκράτησαν και ήταν παραδεκτές μέχρι τον 16ο αιώνα μ.Χ.
Ο Γάλλος Bernard Palissy (1514-1589) ήταν ο πρώτος που εξέδωσε μελέτη στην οποία αναφέρει ότι το νερό των πηγών και των ποταμών προέρχεται από τη βροχόπτωση.
Το 1668 ο Γάλλος φυσικός Pierre Perrault διεξήγε επί τρία συνεχή χρόνια μετρήσεις της βροχόπτωσης και της ροής του ποταμού Σηκουάνα. Οι έρευνες που έκανε έδειξαν ότι η ετήσια βροχόπτωση στην υδροληπτική λεκάνη του ποταμού Σηκουάνα ήταν κατά έξι φορές μεγαλύτερη από τη μετρηθείσα ροή του. Ο Perrault στο βιβλίο του De l' origins des fontaines που εξέδωσε το 1674, επεξηγεί ότι το μεγαλύτερο μέρος της βροχοπτώσεως επιστρέφει στην ατμόσφαιρα λόγω εξάτμισης, μόνο δε μέρος της διαπερνά το έδαφος και εισέρχεται στο υπέδαφος. Παρά το γεγονός ότι οι μετρήσεις του Perrault δεν ήταν ακριβείς, ωστόσο κατόρθωσαν να υποσκάψουν το δόγμα του Αριστοτέλη το οποίο κυριαρχούσε για 2.000 χρόνια. Οι έρευνες του Perrault, του Edmé Mariotté (1620-1684) και άλλων θεμελίωσαν την επιστήμη της υδρολογίας. Ακολούθησαν και πολλοί άλλοι ερευνητές εξίσου αξιόλογοι όπως ο H.Darcy, o D.E.Meyer, o J.Depuit και άλλοι οι οποίοι με τις έρευνές τους ανέδειξαν την υδρολογία σαν ξεχωριστή επιστήμη και βοήθησαν στην επίλυση διαφόρων υδρολογικών και υδραυλικών προβλημάτων.