水下隧道为铁路、城市道路、公路、地下铁道以及各种市政公用或专用管线提供穿越水域的通道，有的水下道路隧道还设有自行车道和人行通道。

公元前2180～前2160年，巴比伦修建了一条穿越幼发拉底河，从王宫到朱庇特庙的长约900米的人行隧道。近代水下隧道始建于英国。1807年英国在伦敦动工修建连接泰晤士河两岸的人行隧道，开挖时因无法克服泥水涌入隧道而被迫停工。直到1825年在法国工程师M.I.布律内尔（Marc Isambard Brunel，1769-04-25～1849-12-12）的指导下，初次采用盾构法施工，才于1843年建成第一条泰晤士河水下隧道。此后，英国等国不断发展盾构工程技术，20世纪30年代以后，水下隧道建设有了迅速发展。20世纪30～80年代，世界上修建的水下隧道总数几乎是在此之前百余年间修建的总和。20世纪80年代初，世界上已有100多条水下隧道，其中道路隧道有60余条，1千米以上的铁路隧道有10余条。日本于20世纪70～80年代中修建的青函隧道，是世界上最长的海底铁路隧道。上海黄浦江打浦路隧道为中国第一条水下道路隧道。中国台湾高雄的过港隧道于1984年通车。此外，悬浮隧道作为各类水下隧道的一员，代表了一种跨越水域的新概念，还尚未有国家建成。相比国外，中国对悬浮隧道的研究起步虽然较晚，但起点较高，极有可能成为世界首条悬浮隧道的建造者。

根据水道断面、水流状况、水文地质条件、两岸地形及建筑情况、水陆交通要求、城市总体规划、经济效益及社会效益等诸因素，对桥隧两种方案进行综合比较。通常在下述条件下宜考虑修建水下隧道：①航运繁忙，通过巨型船只较多，而陆上车辆流量大，又不容间断；②水道较宽，两岸地面高出水面不多；③两岸建筑物密集，不宜于建造高桥和长引桥；④城市总体规划上在该处没有修建桥梁的特殊要求（如通过易燃易爆危险品车辆），或要求铁路列车在地下运行以防止噪声；⑤工程费用和运营管理费用较低；⑥对于一些水深较大的风景名胜水域（如高山之间峡谷形成的湖泊），不宜修建桥梁。

修建水下隧道所采用的主要施工方法有：围堤明挖法、气压沉箱法、盾构法、沉管法。围堤明挖法比较经济，有条件时一般应优先考虑采用。气压沉箱法只适用于航运不多的较小河道中。由于需要修建水下隧道处的航运通常比较频繁，采用围堤明挖法及气压沉箱法对水上交通干扰较大，所以在水下隧道建设中大多采用盾构法及沉管法。20世纪50年代后，沉管法的水下接头及基础处理等重大关键技术相继突破，使施工工艺大为简化，并使隧道防水性大为提高，且能采用容纳四车道以上的矩形断面。在一定条件下，沉管法隧道覆土浅，线路短，照明和通风代价较小，工程和运营费用低，使用效果好，故自1965年以来，世界各国建成的20多条水下道路隧道，大多系采用沉管法。

水下隧道一般分水下段和河岸段，后者又有暗埋、敞开及出口段部分。水下隧道的纵向坡度、纵向曲线和平面曲线半径、通道布置、车辆限界以及照明、通风、消防、交通监控等设备，按通过隧道的车辆类型和运量进行设计。用盾构法建造的水下道路隧道，自两端至洞口，一般是槽形敞开式引道段。穿越水下的暗埋段，断面大多为圆形。修建的隧道除个别为单车道外，均为双车道。有些在车道一侧或两侧设高出路面的人行巡逻道。对交通繁忙的水下道路隧道，大多采用两条平行的隧道，每条隧道中有同向行驶的双车道；也有的在初期为一条双向行驶的双车道隧道，后期发展成两条同向行驶的双车道隧道。在圆形隧道中，一般在路面以下是送风道；在吊顶以上是排风道。送排风道与隧道两岸的通风机房连通，多采用横向通风。隧道的照明系统，应有适当亮度和均匀的照明装置，在进出口附近设光过渡设施，以便司机在通过隧道时能较好地适应亮度变化而使行车安全。为取得良好照明及防火效果，要合理选择隧道吊顶、侧墙饰面和道路路面的材料和颜色。在现代化的水下道路隧道中，设置自动或半自动控制的防火、灭火、排水、通风、照明、交通监控等运营设备，由中心控制室集中管理。

用沉管法建造的水下道路隧道，自两端至洞口大多是较长的槽形敞开式引道段。穿越水下的沉管大多是由几个通道组成的矩形管段，包括车行道、自行车道、人行或巡逻通道以及管线通道等，每个行车通道中有两个以上同向行驶的车道。由于沉管隧道的长度较短，且每个行车通道中的车辆为同向行驶，故大多采用纵向通风，无须设专用通风道及通风机房，其他设备和盾构法修建的道路隧道相同。

水下铁路隧道、地铁隧道及公用管线隧道，在构造及设备方面均较水下道路隧道简单。