新疆吐鲁番是一个四面环山、地处沙漠的盆地构造，夏季时气温可高达40℃，致使山间融水大量蒸发，另一部分融水渗入地下变成暗流流走，地表很难存储水源供人类使用。于是聪明的劳动人民利用沙漠渗水强的特性，在地下修建暗渠，汇集雨水和冰川融水，并利用山体的自然坡度将水引出地面，灌溉农田、为人们提供生活用水，这就是著名的坎儿井工程。

坎儿井主要由四个部分组成，它们分别是竖井、暗渠、明渠、涝坝。竖井在地面上看是一个个圆形或方形的洞，一般长1米，宽0.7米。一条坎儿井大概有几十甚至上百个竖井，竖井与竖井之间相隔20-70米，第一口竖井又称为母井，竖井之间的距离因其与母井的距离不同而有所不同。竖井的主要作用在于定位、通风、下井、排土，方便坎儿井后期的清理与维护。人们可以通过竖井下到暗渠中，清理其中堆积的淤泥，防止堵塞水源。这项工作，在当地已有了千年历史。暗渠的主要组成部分是集水段和输水段，集水段包括从母井开始延伸至潜水层以下的部分，主要用于汇集水流，而输水段范围包括潜水层以上至地面以下，主要用于把集水段的水输送到地面，暗渠的出水口称为龙口。暗渠短则一两百米，长则超过20公里，是坎儿井建造过程中最为艰难的一部分。为了保证暗渠能准确连接相邻的两个竖井，当地人还总结创造出了木棍定位法和油灯定位法。明渠就是暗流流出后在地面上形成的沟渠，主要用于输水。涝坝即蓄水池，用来蓄水和调节水流，将水源输送到有需要的地方。

目前对于坎儿井的起源仍处于争论中，还未达成统一的结论。主要的说法有三种，分别是：伊朗起源说、中原起源说、新疆自创说。前两种说法因为有清晰的考古证据，是国际上的主流看法。

（1）伊朗起源说。持此观点者的代表人有我国的学者黄盛璋，他在《再论新疆坎儿井的来源与传播》中表示：Karez是波斯语，意为地下水道，来自古波斯语kohrez，最早由kathc（意为掘、挖）与rez（意为水流）合成，波斯文献中多次使用。世界最早的坎儿井最早可以追溯到公元前8世纪的西亚之亚述帝国，后属波斯，今在伊朗境内，波斯现虽不能确定为坎儿井最早发源地，但最早由波斯帝国发展起来，在帝国范围内广泛流行，伊朗仍为世界坎儿井使用年代最长、数量最多、发展程度最高之地，一般都认为它是世界坎儿井最早传播的中心。一方面，考古遗迹的年代测定从客观数据上证明其历史悠久，另一方面因为karez本身就是波斯语，也提供一个明晰可信的证据。

（2）中原起源说。该观点的国内代表人物是王鹤亭先生。作为我国著名水利研究专家，他曾于1983年发表的文章《新疆的坎儿井》中表明，据我国《史记·河渠书》上记载:汉“武帝初发卒万余人穿渠,自征引洛水至商颜下,岸善崩,乃凿井,深者四十余丈,往往为井,井下相通行水,水颓以绝商颜,东至山岭十余里间,井渠之生此始”。《汉文·沟洫志》亦记载此事,并详列当时“井渠”推广情况。清代著名史学家王国维曾在《观堂集林·西域井渠考》一书中以上例为据,指出坎儿井应起源于“井渠”,并引《史记·大宛列传》中(约在纪元前第二世纪末)的一个故事,以支持此说。

（3）新疆自创说。解放后吐鲁番盆地喀喇和卓地区10多条尘封于地下已久的坎儿井重见天日，学者们通过对其进行检验测定，推断其距今已有2000多年。然而近来托克逊县西北部的kokjoy（阔克嘉）乡发现了有4000-6000年历史的岩画，其中可清晰看见坎儿井的构造图画，比之前学者所推断的结果早了2000年。这些物证使得坎儿井2500年前由波斯人传入吐鲁番的假说难以成立。