人类在原始时期就利用天然洞穴作为群居和活动场所。这个时代主要用兽骨等工具开挖出洞穴加以利用。考古学家发现，在中国、日本、欧洲、美洲、西亚、中东、北非等地均发现了这一时期的古人类居住洞穴，说明这种原始居住方式在当时已被广泛采用。

公元前3000年以后，世界进入了铜器和铁器时代，劳动工具的进步和生产关系的改变，导致生产力有了很大发展。古埃及、巴比伦、印度及中国先后建立了奴隶制国家，随着生产关系的改变和劳动工具的进步，人类开始把开发地下空间用于满足居住以外的多种需求，如埃及金字塔、巴比伦幼发拉底河引水隧道，均为这一时代的建筑典范。

在中世纪时期，欧洲地下空间的开发利用基本上处于停滞状态。而此时期，中国地下空间的开发多用于建筑陵墓和满足宗教建筑的一些特殊要求，相继建成了云冈石窟、龙门石窟、敦煌莫高窟等。14～16世纪出现的欧洲文艺复兴，促进了社会生产力的提高和资本主义生产关系的萌芽，从此，欧洲的产业革命、科学技术开始走在世界前列，地下空间的开发利用也进入了新的发展时期。1863年，英国伦敦建成世界第一条城市地下铁道；1871年穿越阿尔卑斯山，连接法国、意大利的全长12.8千米的公路隧道开通。中国隧道工程建设起步较晚，但是随着国民经济建设的发展，截至2001年，中国已成为世界上隧道和地下工程最多的国家。20世纪80年代后期，国际隧道与地下空间协会提出“大力开发地下空间，开始人类新的穴居时代”的倡议，得到了广泛的响应。日本也提出了利用地下空间把国土扩大10倍的设想。地下空间的利用已扩展到各个领域，产生了重要的社会、经济效益，成为国家重要的社会资源。

按使用功能不同可以分为：①矿山巷道，包括各类矿物采掘后的洞室和输送矿石的工程，这类工程通常只要求在采矿过程中能维持洞室的稳定、安全，待采矿完成后，或者废弃或者转作其他用途。②地下交通工程，括各种公路和铁路隧道、城市地铁、地下过街通道等。③地下工业工程，包括各种轻、重工业地下厂房、地下核电站、地下火电站等。④地下水工洞室，包括种输水隧道、水电站地下厂房、地下抽水蓄能电站、地下水库等。⑤地下民用工程，包括地下商场、图书馆、体育场馆、展览馆、影剧院、医院、旅馆、住宅及其综合建筑体系——城市地下街道等。⑥地下仓储工程，包括粮食、油料、水果、蔬菜等的储存库，鱼、肉食品的冷藏库，车库，核废料存库等。⑦地下市政工程，包括地下自来水厂、地下水处理厂、给水排水管道及煤气、供电、通信管线的综合工程等。⑧地下军事工程，包括各种野战工事、指挥所、通信枢纽、人员和武器掩蔽所、军火和物资库等。

按所处地质环境（介质）不同可分为：①岩石地下工程，包括人工开挖洞室和天然溶洞两种。②土层地下工程，包括黄土洞室和其他土层洞室。

按施工方法不同可分为浅埋明挖法地下工程、盖挖逆作法地下工程、矿山法隧道、盾构法隧道、顶管法隧道、沉管法隧道和沉井基础工程等。

按埋置深度不同可分为深埋地下工程和浅埋地下工程。

各国都把地下空间利用的重点放在城市建设上，地下空间作为城市重要资源，得到了多方面的应用。如办公楼、地下街、地下停车场、交通设施、通信设施、上下水道、废弃物处理设施、文化设施等。这些设施与地面设施一并构成了城市的立体空间网络。

从城市地下空间利用的现状看，主要重点在发展联络城市各种设施的地下通道，如地下商业街、地下联络通道和城市有轨交通系统，如地下铁道和轻轨的修建上。城市有轨交通系统作为城市的基础设施和灾害防御设施得到了巨大的发展。许多国家都在针对城市发展规模的特点，在人口超过50万的大、中城市中，纷纷修建和发展大量（大于40000人/高峰小时）、中量（25000～40000人/高峰小时）、小量（小于25000人/高峰小时）有轨交通系统。这是城市国际化、现代化的一个重要标志。利用地下空间，开辟交通通道，增加交通面积，是解决城市“交通难”的根本性措施之一。防御灾害设施的地下化也是城市地下利用的重要方面。人类对灾害的发生还无法完全控制，但人类能够运用所掌握的科学技术手段，来有效地防御灾害，从而减轻灾害造成的损失。城市有轨交通系统、洪水地下宣泄系统、地下物流系统及地下物资贮藏、储备系统等都应按防灾型城市的要求，统一规划、统一实施，以提高整个城市的总体抗灾能力。

跨海、江、河高速交通通道的基础设施建设已引起各国政府的关注。因为它的优越性是十分明显的。同时，在同等条件下，与桥梁进行比选，在经济上也是有利的。这些研究和论证符合面向21世纪的技术发展趋势。这也是地下空间利用的一个重要方面。在横断海峡的规划中，许多国家的工程师和专家提出了一些可供选择的方案。例如，固定桥、浮桥、海中隧道（桥）、沉管隧道、海底隧道等。从已建成的海峡隧道看，这些都属于海底方案，用于公路或铁路或两者混合运输。这主要是因为它不干扰外界环境，不影响航运和潜艇航行，也不改变生态的和水利的环境。另一种类型的海峡通道工程，主要是国家级的。例如，跨越琼州海峡、联络湛江和海口的通道工程以及跨越台湾海峡的通道工程；跨越渤海湾把山东和辽东两个半岛联络起来的渤海隧道工程等。另外一类是海湾线工程。例如，穿越胶州湾、渤海湾、杭州湾等海湾线工程中，都需修建跨海通道工程，其中一些跨海的通道工程方案已开始研究。

作为一个学科的地下空间利用，首先由大量的工程实践奠定了牢固的学科发展的基础。在实践的基础上，已发展成为横跨地质、岩土、力学、结构、机械、控制、灾害防御等多学科领域的大学科。“地下空间利用”的理论、技术和方法，正在逐步形成。但是，地下空间利用的发展，还需要解决一系列认识和实践的问题（见表）。

在规划技术中有一个重要问题，就是地下空间的合理划分和规划。这需要建立一定的法规加以解决。例如，将地下空间按不向水平进行利用划分，如浅层以地下公共管道、地下街等为主；而20～50米的空间，则以地下铁道、道路等为主等，都应有一个明确的划分基准。一些国家已开始地下100米以下的深层空间利用。因此，中国应开始制定与地下空间开发有关的法规和条例等。建设部于1997年12月1日颁布实施的《城市地下空间开发利用管理规定》是中国第一部有关地下空间利用的法规。规定中明确指出：城市地下空间开发利用应贯彻统一规划、综合开发、合理利用、依法管理的原则，坚持社会效益、经济效益和环境效益相结合，考虑防灾和人民防空等需要。同时指出：城市地下空间规划是城市规划的重要组成部分；有关单位在编制城市总体规划时，应编制具体的城市地下空间建设规划。

在规划技术中，一个难题是对地下空间利用规划如何评价。一般来说，评价有3个基准。即：经济的、技术的和社会的评价基准。例如，把电线埋入地下（这也是一种地下利用），成本提高了，但城市景观得到改善。把这种社会价值用经济价值的指标（如货币）做出定量评价，就是一个非常困难的问题。特别是公共的地下利用，只根据建设成本和维修管理费用这样狭义的经济价值进行评价，是不合适的。因为公共地下利用社会效果的扩大，会促进国民经济或地区的经济发展。因此，如果社会效果好，有时可以考虑适当降低经济性的权重。因此，各国对如何评价地下空间利用的社会价值，极为重视。对城市来说，保证居民有一个完善、健康、舒适、有效率的生活空间是最低条件。对达到这一水准的评价，就是社会价值的评价。

由于地下空间利用的大型化、深层化、长距离化及多样化，需要高度发展的地质调查技术。在地质差的条件下，即使工程规模小，如果没有充分的调查，也会变成相当困难的工程。因此，在地下空间利用中，为了安全、经济和环境，就必须发展和完善与地质状态相适应的调查技术系统，其中包括在修建地下结构物时，为了预测地下结构物稳定、突发涌水以及生活圈中环境变化等各种现象而进行的试验、调查、量测等。地质工程学的建立也是与地下空间利用的发展息息相关的。

地下空间利用的大断面化、长距离化、深层化给设计、计算解析、施工带来了相当大的难题，但也给设计、计算、施工技术的发展提供了广阔的天地。例如，怎样确定深层的地应力场，怎样高速修建地下工程，解析中怎样考虑岩土数据的离散性，以及怎样建立符合地下工程动态的计算模式等。这些问题的解决，又有赖于地下空间利用理论的建立和完善。

所谓设计，就是为了最优实现规划的设施而进行安全性、使用性、经济性的研究，并具体地决定设施的形态、尺寸、使用材料、施工方法等的行为。也就是说，设计不能单纯地限定在地下空洞的应力、变形分析和地下水分析上，而是一项重要的技术决策。设计中，必须考虑与地下施工有关的现象，如崩塌、土压力、变形、涌水等不确定因素的影响。这与地面结构有明显的不同。为了提高一系列相应分析的可靠性，进行反分析也是一项重要的发展，城市地下工程要树立城市公害观念，做到不干扰交通，不同地层变形不引发对地下管线和既有建筑的危害，不引起环境恶化等问题。

由于地下空间利用的大型化、深层化、长距离化及多样化，需要采用高度发达的地质调查技术、机械化程度高的施工技术以及合理的维修养护管理体制等。同时为解决地下空间使用上的一些问题，如通风、照明、防灾等，都使地下空间开发的造价相对较高。这对开发地下空间是一个不利的因素。因此，降低工程造价，在当前对开发地下空间具有十分重要的意义。从地下空间开发的造价构成上看，设备投资占据的比例很大，而土建投资的比例相对较小。因此，降低造价的主要途径是降低设备投资的标准。结合国情，建立设备投资的标准，是一个有效的方法。

从防御灾害的观点来看，综合利用地下空间是一项基本的技术政策。但从微观上看，地下空间基本上是一个封闭的空间，一旦发生灾害，后果是十分严重的。因此，在地下空间利用上，设计和设置适当规模的防灾设施是一项重要内容，在整个工程造价中也占据相当的比例。

地下空间利用将会引起一系列的环境问题。例如，施工期间的地表下沉、地下水水理条件的变化、对周边环境和结构物的影响、对交通的干扰、噪声等，为了控制这些影响，必须采取相应的工程措施，从结构物自身、周边围岩条件的改善和施工技术的改进等多方面进行施工控制。因此，在地下空间利用中，重视环境问题已成为不容忽视的重要问题。

地下设施一旦建成并投入使用，再进行改建或再构筑是相当困难的。因此，为了保证结构物的正常使用，就必须进行经常性的维修和管理。地下结构物的设计应贯彻“维修、养护工作量”最小的原则，并使结构物具有要求的耐久性和可用性。因此，必须发展结构物耐久性设计和诊断技术，并设置有关的地下结构功能诊断装置等。

在地下创造出一个安全、舒适的人工环境是维修、养护的基本任务，也是地下设施管理现代化的重要标志。

就城市地下空间而言，日本科学技术厅资源调查所曾加以预测，明确最先主要利用地下20米左右的空间，接着利用地下20～50米的空间，以后将逐步发展到利用地下100米以内的空间。而阶段性城市地下空间的开发深度已达到地下50米，并逐渐向50～100米发展，伴随城市发展的需求，未来也必将向100～200米延伸。对于其他资源、能源及空间的地下开发，如地下矿井、铁路及公路隧道、地下储存空间等，其开发深度已突破至千米级，正朝着数千米的深度发展。超大埋深、超长洞身、超大断面、高密度开发、长寿命使命、低碳环保的隧道与地下空间科学与技术是支撑人类未来可持续发展的不可或缺的战略科技方向。此外，地下空间的利用形态也将呈现多样性的发展趋势，将会在已有的基础上不断创新，出现如地下农场、地下能源储存系统、地下物流系统等新型利用形态。同时，随着信息技术和智能化技术的快速发展，地下结构的建造与运维正朝着数字化和智能化方向发展，智能技术应用水平将显著提升，地下空间智能化平台走向成熟，智能化运营管理系统逐渐完善。