Les premières communautés agricoles dépendaient des caprices de la pluie naturelle et du ruissellement. La sédentarisation progressive apparue au Néolithique en Mésopotamie a associé développement de l'élevage et de l'agriculture, et conduit à la maîtrise des techniques hydrauliques - irrigation, terrassement, calcul de pente, gestion des crues, transports fluviaux et canalisation - et la constitution de formes d'habitat stable. Très vite va se poser la question de l'organisation des grands travaux, et singulièrement de travaux d'irrigation et de drainage, dans les vallées inondées ou inondables des pays semi-arides. Karl August Wittfogel appelle hydroagriculture et parfois agriculture lourde ce type d'activité humaine qui réclame des hommes et des conducteurs. Le lac Moéris que les Égyptiens avaient creusé pour arroser les plaines de Memphis à l'époque des sécheresses demeure un exemple remarquable de l'ingénierie hydraulique égyptienne. Autour et en fonction des problèmes hydraulique, une stratification sociale va émergé, une hiérarchie politique, un État. L'expansion des zones urbaines va éventuellement rendre nécessaire le développement de tuyauteries, canalisations et aqueducs sophistiqués, pour apporter de l'eau aux utilisateurs, et de systèmes innovants pour éliminer les déchets et eaux usées.

Les problèmes d'alimentation en eau se posent avec plus d’acuité à partir de la révolution industrielle pour devenir critique à partir du milieu du XXe siècle.

Au cours de la révolution industrielle et de l'explosion démographique du XIXe siècle, la demande d’eau va considérablement augmenter. La construction sans précédent de dizaines de milliers de projets d'ingénierie monumentaux conçus pour contrôler les inondations, protéger l'approvisionnement en eau douce et fournir de l'eau à l'irrigation ou à l'industrie hydroélectrique, a apporté des avantages considérables à des centaines de millions de personnes. Grâce à l'amélioration des réseaux d'égouts, les maladies liées à l'eau telles que le choléra et la typhoïde, autrefois endémiques dans le monde, ont été largement vaincues dans les pays les plus industrialisés. Les grandes villes survivent grâce à l'eau apportée par centaines et même à des milliers de kilomètres. La production de denrées alimentaires pour répondre aux besoins de la population mondiale dépend désormais largement des systèmes d'irrigation artificiels. Près d'un cinquième de l'électricité produite dans le monde est produite par l'hydroélectricité.

De nouvelles approches de la planification et de la gestion de l'eau apparaissent alors.

Entre le début du XXe siècle et la fin de celui-ci, les prélèvements d'eau mondiaux ont été multipliés par six, soit plus du double du taux de croissance démographique.

Aux États-Unis, les prélèvements en eau ont culminé en 1980, pour ensuite se stabiliser voire décroitre progressivement, résultat des efforts de conservation et efficacité dans l'utilisation de l'eau. Jusqu'en 2005, le secteur des fournitures publiques était le seul secteur d'utilisation d'eau qui augmentait continuellement depuis 1950, mais la consommation d'eau dans les services publics a diminué depuis 2010.

Aux États-Unis, la consommation d’eau pour la production électrique a augmenté de près de 400 % entre 1950 et 2005, mais elle a diminué d’environ 19 % entre 2005 et 2010. La consommation d'eau d'irrigation a augmenté d'environ 29 % entre 1950 et 2010. Elle s'est stabilisée à partir de 1980.

Le rapport de l'eau de mer à l'eau douce sur Terre est d'environ 40 à 1. Seulement 0,3 % de l'eau douce est sous forme liquide à la surface de la terre. Environ 30 % de cette eau liquide est souterraine et quelquefois contaminée et impropre à la consommation humaine. Sur les 0,3 %, seulement 2 % sont dans les cours d'eau. Les ressources en eau renouvelables existant dans chaque pays varient considérablement et les moyennes annuelles masquent souvent une variabilité saisonnière considérable. Plus d'un milliard de personnes vivent dans des zones de stress hydrique, chiffre qui devrait plus que tripler d'ici 2025 (World Water Assessment Programme (en) (WWAP, 2014). D'ici à 2040, près d'un pays sur cinq devrait avoir un taux d'extraction extrêmement élevé, notamment au Moyen-Orient, en Asie centrale et en Inde,

En 2008, 52 millions de m3/jour étaient prélevés dans le monde par dessalement dans 13 869 usines de dessalement.

L'eau prélevée et l'eau consommée sont deux indicateurs essentiels de l'utilisation de l'eau :

- on parle d'« eau prélevée » lorsque l'eau est retournée après son usage; une autre définition considère que l'eau prise de son environnement devient une eau prélevée (Water withdrawals).
- on parle d'« eau consommée » lorsque l'eau dans les cultures et l'industrie est incorporée au produit. Dans l'autre définition l'eau consommée est une eau prélevée qui n'est pas restituée aux eaux de surface (par exemple évaporation dans un aéroréfrigérant) et n'est pas disponible pour une réutilisation en aval.

Sauf aux États-Unis (USGS), souvent les prélèvements en eaux de mer ou en eau saumâtre ne sont pas considérés dans ces indicateurs.

Dans le refroidissement de certaines centrales électriques thermiques, l'eau prélevée est rejetée dans l'environnement après usage, mais à une température légèrement supérieure. Elle est alors disponible pour réutilisation dans le même bassin. Des données de l'Institut d'études géologiques des États-Unis pour 1995 établissent que 2 % des eaux prélevées pour le refroidissement des centrales aux États-Unis étaient consommés.

L'eau prélevée peut être rejetée après épuration dans le cas des eaux grises et des eaux vannes ou de certaines eaux usées industrielles.

L'eau consommée désigne l'eau incorporée – dans les cultures, les produits industriels, ou notre corps – ou évaporée.

- L'eau d'irrigation agricole est incorporée ou évaporée, donc consommée. Une partie de l'eau d’irrigation retourne toutefois au cours d'eau dans des proportions difficilement quantifiables. L'agriculture qui fait usage de l'irrigation est le secteur principal de consommation d'eau.
- Une partie des eaux de refroidissement des centrales thermiques est évaporée, donc consommée (2 %).
- Le plan d'eau d'un barrage peut évaporer de l'eau qui constitue alors une eau consommée.

Dans les statistiques de l'Organisation de coopération et de développement économiques, les prélèvements d'eau sont définis comme de l'eau douce prélevée de sources d'eau souterraine ou de surface, de manière permanente ou temporaire, et acheminée vers un lieu d'utilisation. Si l'eau retourne à une eau de surface, le prélèvement de la même eau par l'utilisateur en aval est à nouveau pris en compte dans la compilation des prélèvements totaux: cela peut conduire à un comptage double. Les données comprennent des prélèvements pour l'approvisionnement public en eau, l'irrigation, les processus industriels et le refroidissement des centrales électriques. Les eaux de mine et les eaux de drainage sont incluses, tandis que l'eau utilisée pour la production d'hydroélectricité est normalement exclue.

Il est communément admis que l'eau consommée est un indicateur plus important que l'eau prélevée, parce qu’une grande part de l'eau prélevée est retournée à l'environnement et est potentiellement disponible pour réutilisation. Mais sous certaines conditions, le prélèvement d'eau est l'indicateur le plus important de l'utilisation de l'eau. Durant une sécheresse, ou dans des régions où l'eau est rare, il n'y aura tout simplement pas assez d'eau pour réaliser les services d'eau demandés. À cela s'ajoute que l'eau se raréfiant ou devenant trop chaude par temps de sécheresse, elle devient inadaptée pour le refroidissement des centrales.

Aux États-Unis, l'agriculture et la production d'électricité représentent la grande majorité des prélèvements d'eau directs (90 %). Une majorité de la consommation d'eau (60 %) est indirecte. On parle d'eau incorporée ou d'eau virtuelle, indicateurs qui s'avèrent utiles dans analyse du cycle de vie environnementale. 96 % des secteurs consomment indirectement plus d'eau dans leurs chaînes d'approvisionnement que directement. L'industrie agroalimentaire représente 30 % des retraits indirects.

Les concepts d'« eau bleue » et « eau verte » a été proposés en 1993 l'hydrologue suédoise Malin Falkenmark pour avoir une perspective plus réaliste de la différence entre prélèvements et consommations (Voir ci-dessus), afin d'améliorer les capacités de gestion des ressources en eau. Elle affine les concepts d'eau virtuelle et d'empreinte eau en établissant une distinction entre « eau bleue » et « eau verte ». On entend par « eau verte » les précipitations efficaces ou l'humidité du sol qu'utilisent directement les plantes, et par « eau bleue » l'eau des cours d'eau, lacs, aquifères ou réservoirs. Selon les définitions généralement retenues, l'« eau bleue » peut être déplacée pour les besoins de l'irrigation ou la mise à disposition à d'autres fins, tandis que l'eau verte est tirée sur place du profil de sol. Une étude publiée le 26 avril 2022 dans la revue Nature démontre que dans le cadre des mesures évaluant le franchissement des neuf limites planétaires (dont l'utilisation mondiale de l'eau douce fait partie), l'"eau verte" a été jusqu'ici sous évaluée, et que sa limite est déjà transgressée,.

Au niveau mondial l'agriculture et l'industrie sont les principaux consommateur d'eau douce :

Les utilisations de l'eau sont traditionnellement réparties entre secteurs : eau domestique, agricole et industrielle en pourcentage de l’utilisation totale de l’eau. Le secteur domestique comprend généralement des utilisations domestiques et municipales ainsi que l'utilisation commerciale et gouvernementale de l'eau. Le secteur industriel comprend généralement l'eau utilisée pour le refroidissement des centrales électriques et la production industrielle. Le secteur agricole comprend l'eau pour l'irrigation et l'élevage (abreuvement et nettoyage) (et la pêcherie - FAO). Le secteur de l'énergie (compris la production d'électricité et la production d'énergie primaire) est souvent inclus dans le secteur industriel dans les analyses de l'utilisation de l'eau; gros utilisateur et consommateur, il peut faire d'autre-part l'objet d'un comptage séparé.

La production hydroélectrique, la pêche et la navigation ne sont généralement pas incluses dans la comptabilisation de l’utilisation d’eau par secteur en raison d’un taux d'extraction physique minime. Ce qui n'enlève rien de l'importance de ces secteurs dans l'appréhension de l'état de santé d'une économie.

Les prélèvements totaux en eau douce pour l'ensemble de la planète sont évalués à 3 853 km3/an ce qui constitue 9 % des ressources totales en eau douce renouvelables. Les Prélèvements totaux en eau (eau salée comprise) pour l'ensemble de la planète sont évalués à 4 001 km3/an. Hors de cette dernière quantité 464 km3/an soit 12 % sont allés à un usage domestique, 768 km3/an soit 19 % sont allés à un usage industriel, 2 769 km3/an soit 69 % sont allés à un usage agricole.

Cette répartition en secteur met surtout en évidence la pression exercée par l'irrigation sur les ressources en eau renouvelable au niveau mondial (69-70 % des prélèvements totaux d'eau douce selon la FAO). Le rapport entre secteurs d'utilisation peut être modifié pour les pays favorisés par leur climat n'ayant pas recours à l'irrigation (agriculture pluviale) et pour lesquels les taux de prélèvement en eau à destination de l'agriculture avoisinent zéro. Dans ce cas, si le secteur industriel est significatif et consommateur d'eau il deviendra dominant (Belgique - jusqu'à 97%-, ou Allemagne par exemple). D'autre-part si le secteur industriel est inexistant ou faiblement consommateur, le secteur domestique peut alors dominer (République démocratique du Congo - 57 % -). Deux tiers des pays dédiant moins de 10 % de leurs prélèvements à l'agriculture (au nombre de 36) sont des pays industriels, avec un climat tempéré, en Europe. Dix-sept pays ont des prélèvements d'eau douce à destination de l'agriculture supérieurs à 90 %. Il faut insister sur le caractères saisonnier des prélèvements d'eau douce en agriculture. En France par exemple les prélèvements d'eau pour l'agriculture comptent en gros pour moitié dans les prélèvements totaux annuels ; en été, ils peuvent atteindre 70 %.

L’irrigation des matières premières pour la production de biocarburants se traduit par une empreinte eau importante pour ceux-ci.

Les retraits pour usage domestique comprennent généralement l'eau potable, l'utilisation ou l'approvisionnement municipal et l'utilisation pour les services publics, les établissements commerciaux et les habitations (FAO).

L'usage domestique de l'eau en France fait référence à un prélèvement d’eau inférieur ou égal à 1 000 m3 d’eau par an et par personne (physique ou morale).

Près de 10 % des prélèvements d'eau mondiaux en 2014 ont été réalisés pour l'industrie (à l'exclusion du secteur de l'énergie). Dans les pays industrialisés avancés, l'industrie représente 12 % des prélèvements d'eau, alors que dans de nombreux pays en développement, l'industrie représente moins de 8 %. L'eau est utilisée dans l'industrie pour le traitement, mais aussi pour la fabrication et le lavage. La production d'énergie primaire et la production d'électricité représentent d'autre-part environ 10 % du total des prélèvements d'eau mondiaux et environ 3 % de la consommation totale d'eau. Le total des prélèvements d'eau douce pour le secteur industriel tourne autour de 20%.

Le secteur de l'énergie, y compris la production d'électricité et la production d'énergie primaire, est souvent inclus dans le secteur industriel dans les analyses de l'utilisation de l'eau. Gros utilisateur et consommateur, il peut faire d'autre-part l'objet d'un comptage séparé.

52 milliards de mètres cubes d'eau douce seraient consommés chaque année pour la production mondiale d'énergie.

Les prélèvements mondiaux d'eau douce provenant de sources d'eau de surface et d'eaux souterraines ont augmenté d'environ 1 % par an depuis les années 1980, la demande dans les pays en développement ayant fortement augmenté (WWAP, 2016). Actuellement, les eaux souterraines fournissent environ un tiers de l'approvisionnement. Les réserves d'eau souterraine se sont systématiquement réduites par un taux d'extraction de 1 à 2 % par an dans le monde, dépassant les taux de recharge (WWAP, 2012). On estime que 21 des 37 plus grands aquifères du monde sont gravement surexploités.

En 2010, environ 81 % des prélèvements d’eau en Afrique étaient consacrés à l’agriculture, 4 % à l’industrie et 15 % à l’utilisation domestique (FAO 2016). En 2010, l'agriculture a prélevé 184 km3 d'eau douce, l'industrie 9 km3, le secteur domestique 33 km3.

Au Koweït ce pays ne comportant pas de rivières, la FAO renseigne des prélèvements répartis entre eaux souterraines (45 %), eau dessalinisée (46 %) et eaux réutilisées (9 %).

En 2010, environ 25 % des prélèvements d’eau en Europe étaient consacrés à l’agriculture, 54 % à l’industrie et 21 % à l’utilisation domestique (FAO 2016). En 2010, l'agriculture a prélevé 84 km3 d'eau douce, l'industrie 181 km3, le secteur domestique 69 km3. Deux tiers des pays dédiant moins de 10 % de leurs prélèvements à l'agriculture (au nombre de 36 dans le monde) sont des pays industriels avec un climat tempéré en Europe

En Europe, les cours d'eau (46 %) et les eaux souterraines (35 %) fournissent plus de 80 % du total de la demande en eau européenne.