1956年8月1日，交通部（今交通运输部）决定在北京成立水运科学研究院。1958年更名为交通部水运科学研究所。1960年，交通部把水运和公路科研机构合并成立交通部科学研究院。1981年，交通部进行科研体制改革，把水运、公路科研机构从交通部科学研究院分离出来，恢复成立交通部水运科学研究所（简称水运所），为部直属的正局级科研单位。2005年，更名为交通部水运科学研究院。2009年，随着国家大交通体制的建立，该院相应更名为交通运输部水运科学研究院。2015年，交通运输部把交通安全质量管理体系审核中心、交通运输部环境保护中心和中国海事服务中心由部海事局管理成建制归由水运院管理。水运院占地面积17.2万平方米，建筑面积6.6万平方米，在北京大兴拥有一座占地208亩的大型综合性实验基地。

经过60多年的发展，水运院作为水运科学研究的科研机构，研究范围已经涵盖水路交通运输的各个领域，完成了一系列国家级和省部级重大科研课题，牵头组织开展了多项重大科研攻关，形成的优秀科研成果有力地支撑了中国水运事业发展。水运院创造了中国水运科技史的诸多第一，如规划了第一条国际集装箱运输航线，设计了第一套集装箱码头管理信息系统，研发了第一只国际集装箱和第一台岸边集装箱装卸桥等。截至2016年底，共完成各类科研项目7000余项，获国家级科技奖励27项，省部级科技奖励269项，专利178项，软件著作权62项。

水运院以打造交通行业高端智库和建设国际一流科研机构为目标，业务集高新技术研究、行业发展咨询、工程设计承包、新技术产品开发、技术管理培训和航运产业于一体，聚工程咨询、环境评价、安全评价、通信信息网络系统集成、港口装卸工艺设计、交通建设工程实验检测、船员培训与劳务外派等于一身。

水运院现设有7个机关职能部门、17个院属单位、13家独资或参股企业和1个博士后科研工作站，挂靠有全国集装箱标准化技术委员会、全国港口标准化技术委员会、全国起重机标准化技术委员会臂架起重机分委会等3个国家标准化机构，中国航海学会集装箱运输、危险品运输、船舶防污染等3个专业委员会以及郑和研究会，亚太港口服务组织（APSN）秘书处、交通运输部港口设施保安研究咨询中心、内河船型标准化工作领导小组办公室秘书处、交通运输部港口设施保安工作组秘书处、交通运输部水运安全评审中心、港口劳动安全卫士工程试验检测中心、港口机械质量检测中心、水运行业能源监测中心等8个经交通运输部批准设立的专门工作机构。建有港口物流装备与控制工程、集装箱运输智能化等2个交通运输行业重点实验室，水运安全与应急技术、水运职业健康技术、交通节能环保技术、智能航运、海上溢油应急处置等5个院级重点实验室和多套实验系统与装备。

水运院出版《水运科技》《水运科学研究》《集装箱运输》和《船舶防污染》等多本行业内刊物，定期向行业提供《水路交通决策参考》。