南京大学水科学系是2006年4月才正式成立的“特区模式”新系。

1958年南京大学又在全国综合性高校中率先设立“陆地水文学”专业。这两个专业均设有博士点，曾是国家重点学科。

1997年，根据教育部颁布的新专业目录，将分属地球科学系和城市与资源系的地下水、地表水力量组建为新的“水文学及水资源”专业。

1999年和2004年，学校又批准成立了“南京大学水循环与水环境研究中心”和“南京大学水资源与水环境研究所”，并相继建设了设备一流、管理先进的水问题数值模拟实验室、水循环物理模拟实验室、水化学与水环境实验室、遥感与地理信息系统实验室、水土数字模拟与预警实验室、水生态环境分析监测实验室、中山植物园野外综合试验场，拥有众多国际先进的分析仪器设备，还拥有先进的数字模拟软件、遥感和GIS分析等软件，为水科学研究打下了良好基础。

2006年4月，根据学科发展的需要，为进一步加强与“水”相关学科的实质性交叉和融合力度，南京大学批准成立南京大学水科学系。第一任系主任由吴吉春教授担任，中国科学院院士薛禹群教授担任名誉系主任。水科学系的有关决策和决议由系务委员会决定。第一届水科学系系务委员会由薛禹群教授、吴吉春教授、张幼宽教授（南京大学“思源”讲座教授）、吴剑锋教授、王栋副教授组成。

水科学系现拥有一支规模适中、结构合理（年龄、职称、研究方向）、高学位、高水平、充满活力的师资队伍（50岁以下的教师均具有博士学位）。现有中国科学院院士1名（薛禹群教授），教育部首届“青年教师奖”获得者1名（吴吉春教授），国家级“新世纪百千万人才工程”入选者1名（周启友教授）；还聘请了1名讲座教授（海外美籍华人张东晓教授），1名南京大学“思源”讲座教授（海外美籍华人张幼宽教授）以及5名海外兼职教授。已经与美国、德国、英国、瑞典、瑞士、日本、俄罗斯、香港等国家和地区的许多大学、研究所建立了密切的合作关系。

水科学系在地下水模拟研究、随机水文研究、水化学与水环境研究、水生态研究、流域水文模型研究、区域水文研究等方面，取得了一批国内外有影响的研究成果，为国家和地方经济社会发展做出了重大贡献，有多位教师以及多项科研成果获国家和省、部级各种奖励。

特别是中国科学院院士薛禹群教授和吴吉春教授为首的地下水领域的研究已跻身国际先进行列，在地下水数值模拟、海水入侵、地面沉降、地下水随机理论等领域取得了一系列优秀成果，如有关上海、江苏地面沉降问题研究在多方面创新突出，近5年相关论文被三大检索系统检索36篇(其中SCI收录14篇)，目前正主持国家自然科学基金重点项目1项、面上项目4项，教育部博士点基金项目1项，江苏省部省合作项目1项，上海市部省合作项目1项，为科学预测并进一步防治长江三角洲地区地面沉降提供了科学手段，社会效益和经济效益巨大。

由于历史原因，我国高校有关水的学科都只侧重地表水或地下水中的一部分，兼备两者的很少，而南京大学水科学系既有很强的地下水力量，又有相当的地表水力量。目前，水科学系除了原有的水文与水资源工程专业外，拟在适当时候设立地下水科学与工程专业，可培养从本科到博士及博士后的各类专业人才。水文学及水资源学科为国家重点（培育）学科和“十一五”期间江苏省重点学科，是南京大学“211工程”、“985工程”重点建设学科和 “十一五”期间优先发展的五个重要研究领域之一，水文与水资源工程专业为国家第二类特色专业和江苏省本科特色专业。本系具备建设项目水资源论证甲级资质证书、水文水资源调查评价甲级资质证书、建设项目环境影响评价资格甲级资质证书。现与环境学院共建污染控制与资源化研究国家重点实验室、水处理与水环境修复教育部工程研究中心。