中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室成立于2002年，是由以原地理所水资源与水环境研究室、地貌室、原综考会的水资源研究室为主，联合原禹城实验站、原中国生态系统研究网络水分分中心的部分研究人员组建而成。随后经过2004年及2008年两次调整、重组，2008年原栾城实验站加入，2014年部分人员从“资源领域”回归，形成了现有的4个研究室，包括水文研究室、地貌研究室、水资源研究室和生态水文与水环境研究室。

重点实验室以陆地水文过程为核心，探索陆地水循环及其相关的地理过程变化规律，开展“土壤-植物-大气”水分传输过程、坡面水土侵蚀过程、河流水沙过程、流域水文循环过程和流域水循环与表层过程耦合研究；针对国家重大水资源战略需求，开展节水理论与技术、水资源战略规划与对策、流域综合管理、水土保持等研究。在不断取得地理科学原创性基础研究成果的同时，重点实验室在水循环及水资源可持续利用、农业节水、与水相关的生态环境修复、旱涝灾害的防治等国家急需的问题方面取得一系列高水平的应用成果。

重点实验室拥有国际一流的同位素分析质谱仪，13个野外水循环实验流域、水沙实验基地、农田及坡面水循环试验基地。新建成的陆地表层水土过程实验系统居于国内外领先水平。重点实验室拥有能模拟中国黄河、海河、淮河、长江等大型河流及流域水循环过程的分布式数值模型、定量遥感反演模型和水信息支撑系统。

本实验室是目前唯一的以陆地水循环及与水相关的地表过程为重点研究对象的院级重点实验室。目前，挂靠有一批国际国内的水的研究中心，包括：中国科学院水资源研究中心，中国-澳大利亚水资源研究中心，全球水系统亚洲科学网络办公室（GWSP-ANSO），国际科学院组织（IAC）水计划等。特色是：发挥中国科学院地理科学与资源研究所在陆地水文、水土过程、水沙过程、流水地貌等实验研究与地理综合研究的优势，发展半干旱、半湿润地区水文学，在环境变化下的流域水循环及河流水沙复杂性机理、生态水文、以及流域系统综合等方面，形成了在国内外有明显特色的学科领域。