坎儿井是荒漠地区一种特殊灌溉系统，遍布于新疆吐鲁番地区。坎儿井与万里长城、京杭大运河并称为我国古代三大工程。
坎儿井是针对新疆自然特点，利用地下水进行灌溉的一种特殊形式，鲜明体现了我国古代劳动人民的聪明和智慧。坎儿井孕育了吐鲁番各族人民，使沙漠变成了绿洲，对发展当地农业生产具有重要的意义。
坎儿井在汉代已经在新疆出现。《汉书·西域传下》载，汉宣帝时，遣破羌将军辛武贤率兵至敦煌靖边，“穿卑鞮侯井以西”，这是试图通过开凿坎儿井的方式引出地下水，在地面形成运河。
“卑鞮侯井”的泉水水源、井渠结合的工程形式，显然就是我们今天所说的坎儿井。
新疆坎儿井的大发展是在清代，据《新疆图志》记载，十七八世纪时，北疆的巴里坤、济木萨、乌鲁木齐、玛纳斯、景化乌苏，南疆的哈密、鄯善、吐鲁番、于阗、和田、莎车、疏附、英吉沙尔、皮山等地，都有坎儿井。
最长的哈拉马斯曼渠，长75千米，能灌田1100多公顷。清末，仅吐鲁番一地就有坎儿井185处。利用坎儿井进行灌溉，对新疆农业生产的发展起过重要的作用。
清代道光年间，林则徐赴新疆兴办水利，他在吐鲁番见到坎儿井后，说：“此处田土膏腴，岁产木棉无算，皆卡井水利为之也。”
总的说来，坎儿井的构造原理是：在高山雪水潜流处，寻其水源，在一定间隔打一眼深浅不等的竖井，然后再依地势高下在井底修通暗渠，沟通各井，引水下流。地下渠道的出水口与地面渠道相连接，把地下水引至地面灌溉桑田。
坎儿井是一种结构巧妙的特殊灌溉系统，它由竖井、暗渠、明渠和涝坝4部分组成。
竖井是开挖或清理坎儿井暗渠时运送地下泥沙或淤泥的通道，也是送气通风口。井深因地势和地下水位高低不同而有深有浅，一般是越靠近源头竖井就越深，最深的竖井可达90米以上。
竖井与竖井之间的距离，随坎儿井的长度而有所不同，一般每隔20米至70米就有一口竖井。一条坎儿井，竖井少则10多个，多则上百个。井口一般呈长方形或圆形，长1米，宽0.7米。戈壁滩上的一堆一堆的圆土包，就是坎儿井的竖井口。
暗渠，又称地下渠道，是坎儿井的主体。暗渠的作用是把地下含水层中的水聚到它的身上来，一般是按一定的坡度由低往高处挖，这样，水就可以自动地流出地表来。
暗渠一般高1.7米，宽1.2米，短的100米至200米，最长的长达25千米，暗渠全部是在地下挖掘，因此掏挖工程十分艰巨。
汉代开挖暗渠时，为尽量减少弯曲、确定方向，吐鲁番的先民们创造了木棍定向法。即相邻两个竖井的正中间，在井口之上，各悬挂一条井绳，井绳上绑上一头削尖的横木棍，两个棍尖相向而指的方向，就是两个竖井之间最短的直线。
然后再按相同方法在竖井下以木棍定向，地下的人按木棍所指的方向挖掘就可以了。
在掏挖暗渠时，吐鲁番人民还发明了油灯定向法。油灯定向是依据两点成线的原理，用两盏旁边带嘴的油灯确定暗渠挖掘的方位，并且能够保障暗渠的顶部与底部平行。
但是，油灯定位只能用于同一个作业点上，不同的作业点又怎样保持一致呢？挖掘暗渠时，在竖井的中线上挂上一盏油灯，掏挖者背对油灯，始终掏挖自己的影子，就可以不偏离方向，而渠深则以泉流能淹没筐沿为标准。
暗渠越深空间越窄，仅容一个人弯腰向前掏挖而行。由于吐鲁番的土质为坚硬的钙质黏性土，加之作业面又非常狭小。因此，要掏挖出一条25千米长的暗渠，不知要付出怎样的艰辛。
由此可见，总长5000千米的吐鲁番坎儿井被称为“地下长城”，真是当之无愧。
暗渠还有不少好处。由于吐鲁番高温干燥，蒸发量大，水在暗渠不易被蒸发，而且水流地底不容易被污染。经过暗渠流出的水，经过千层沙石自然过滤，最终形成天然矿泉水，富含众多矿物质及微量元素，当地居民数百年来一直饮用至今，不少人活到百岁以上。因此，吐鲁番素有我国“长寿之乡”的美名。
暗渠流出地面后，就成了明渠。顾名思义，明渠就是在地表上流的沟渠。
人们在一定地点修建了具有蓄水和调节水作用的蓄水池，这种大大小小的蓄水池，就称为涝坝。水大量蓄积在涝坝，哪里需要，就送到哪里。
坎儿井在吐鲁番盆地大量兴建的原因，是和当地的自然地理条件分不开的。
吐鲁番是我国极端干旱地区之一，年降水量只有16毫米，而蒸发量可达到3000毫米，可称得上是我国的“干极”。但坎儿井是在地下暗渠输水，不受季节、风沙影响，蒸发量小，流量稳定，可以常年自流灌溉。
吐鲁番虽然酷热少雨，但盆地北有博格达山，西有喀拉乌成山，每当夏季大量融雪和雨水流向盆地，渗入戈壁，汇成潜流，为坎儿井提供了丰富的地下水源。
吐鲁番盆地北部的博格达峰高达5445米，而盆地中心的艾丁湖，却低于海平面154米，从天山脚下到艾丁湖畔，水平距离仅60千米，高差竟有1400多米，地面坡度平均约1/40，地下水的坡降与地面坡变相差不大，这就为开挖坎儿井提供了有利的地形条件。
吐鲁番土质为沙砾和黏土胶结，质地坚实，井壁及暗渠不易坍塌，这又为大量开挖坎儿井提供了良好的地质条件。
坎儿井的清泉浇灌滋润吐鲁番的大地，使“火洲”戈壁变成绿洲良田，生产出驰名中外的葡萄、瓜果和现在，尽管吐鲁番已新修了大渠、水库，但是，坎儿井在后来的建设中一直发挥着“生命之泉”的特殊作用。
