坎兒井是荒漠地區一種特殊灌溉係統，遍布於新疆吐魯番地區。坎兒井與萬裏長城、京杭大運河並稱為我國古代三大工程。
坎兒井是針對新疆自然特點，利用地下水進行灌溉的一種特殊形式，鮮明體現了我國古代勞動人民的聰明和智慧。坎兒井孕育了吐魯番各族人民，使沙漠變成了綠洲，對發展當地農業生產具有重要的意義。
坎兒井在漢代已經在新疆出現。《漢書·西域傳下》載，漢宣帝時，遣破羌將軍辛武賢率兵至敦煌靖邊，“穿卑鞮侯井以西”，這是試圖通過開鑿坎兒井的方式引出地下水，在地麵形成運河。
“卑鞮侯井”的泉水水源、井渠結合的工程形式，顯然就是我們今天所說的坎兒井。
新疆坎兒井的大發展是在清代，據《新疆圖誌》記載，十七八世紀時，北疆的巴裏坤、濟木薩、烏魯木齊、瑪納斯、景化烏蘇，南疆的哈密、鄯善、吐魯番、於闐、和田、莎車、疏附、英吉沙爾、皮山等地，都有坎兒井。
最長的哈拉馬斯曼渠，長75千米，能灌田1100多公頃。清末，僅吐魯番一地就有坎兒井185處。利用坎兒井進行灌溉，對新疆農業生產的發展起過重要的作用。
清代道光年間，林則徐赴新疆興辦水利，他在吐魯番見到坎兒井後，說：“此處田土膏腴，歲產木棉無算，皆卡井水利為之也。”
總的說來，坎兒井的構造原理是：在高山雪水潛流處，尋其水源，在一定間隔打一眼深淺不等的豎井，然後再依地勢高下在井底修通暗渠，溝通各井，引水下流。地下渠道的出水口與地麵渠道相連接，把地下水引至地麵灌溉桑田。
坎兒井是一種結構巧妙的特殊灌溉係統，它由豎井、暗渠、明渠和澇壩4部分組成。
豎井是開挖或清理坎兒井暗渠時運送地下泥沙或淤泥的通道，也是送氣通風口。井深因地勢和地下水位高低不同而有深有淺，一般是越靠近源頭豎井就越深，最深的豎井可達90米以上。
豎井與豎井之間的距離，隨坎兒井的長度而有所不同，一般每隔20米至70米就有一口豎井。一條坎兒井，豎井少則10多個，多則上百個。井口一般呈長方形或圓形，長1米，寬0.7米。戈壁灘上的一堆一堆的圓土包，就是坎兒井的豎井口。
暗渠，又稱地下渠道，是坎兒井的主體。暗渠的作用是把地下含水層中的水聚到它的身上來，一般是按一定的坡度由低往高處挖，這樣，水就可以自動地流出地表來。
暗渠一般高1.7米，寬1.2米，短的100米至200米，最長的長達25千米，暗渠全部是在地下挖掘，因此掏挖工程十分艱巨。
漢代開挖暗渠時，為盡量減少彎曲、確定方向，吐魯番的先民們創造了木棍定向法。即相鄰兩個豎井的正中間，在井口之上，各懸掛一條井繩，井繩上綁上一頭削尖的橫木棍，兩個棍尖相向而指的方向，就是兩個豎井之間最短的直線。