元承宋制，深知水运与国计民生的密切关系，于是致力于发展江海航运；另一方面，穷兵黩武，着眼于扩充水军。因此造船业和航运业比宋代更为发达。
造船
元代造船业的发达，集中表现在造船能力十分惊人。以战船为例，据不完全统计，从至元七年（1270年）到至元二十九年（1292年）的22年间，共造江船8000艘，海船9800余艘，合计17800余艘。至于民用船只，则数量更多。据《大元海运记》记载，在至元二十二年（1285年）二月，为济州河运粮，一次就造粮船3000艘。又据《元史·兵志》记载，元朝廷为了加强国内邮递能力和速度，除陆上开驿道驰马通邮以外，在江海水陆要冲设置水驿站424处，共有邮船5921艘。
元代建造战船通常由各地招募军民、工匠，在武备寺监督下进行。至元二十二年时曾设立江西、江淮、湖广3个造船提举司。
船舶的大量建造，促进了造船技术的发展和提高。据《马可·波罗行记》记载，至元二十八年（1291年），马可·波罗奉元世祖忽必烈的命令，护送阔阔真公主远嫁波斯。忽必烈“命备船十三艘，每艘具四桅，可张十二帆”。马可·波罗在这部著作中，详细记载了他在泉州见到的元代海船的型制：“船舶用枞木制造，仅具一甲板。各有船房五、六十所，商人皆处其中，颇宽适。船各有一舵，而具四桅，偶亦别具二桅，可以随意竖倒。船用好铁钉结合，有二厚板叠加于上，不用松香，盖不知有其物也，然而用麻及树油掺合涂壁，使之绝不透水。每船舶上，至少有水手二百人，盖船甚广大，适载胡椒五、六千担。无风之时，行船用橹，橹甚大，每具须用橹手四人操之。每大舶各曳二小船于后，每小船各有船夫四五十人，操棹而行，以助大舶。别有小船十数，助理大舶事务，若抛锚、捕鱼等事而已。大舶张帆之时，诸小船相连，系于大舟之后而行。然具帆之二小舟，单自行动与大舶同。”
《伊本·白图泰游记》也对元代海船作了详细的描述：“中国船只共分三大类：大的称作艟克，复数是朱努克；中者为艚；小者为舸舸姆。大者有十帆，至少是三帆。帆系用藤篾编制，其状如席，常挂不落，顺风调帆。每一大船役使千人：其中海员六百，战士四百，包括弓箭射手和持盾战士以及发射石油弹战士……这种船桨（应译为橹）大如桅杆，一桨旁聚集十至十五人，站着划船。船上造甲板四层，内有房舱、官舱和商人舱……”
综上所述，及其他史料印证，我们可以看出元代海船的大体轮廓：4桅，桅可随意起放，可张12帆；船体为3层硬质木板，油麻捻缝，用铁钉钉合；有13个水密隔舱和1～4层甲板；无风使橹，橹大如桅，由10人左右操纵；载重量大约在300吨上下。而当时波斯湾一带的船舶，仍然停留在缝合船的水平上。缝合船只“有一桅、一帆、一舵，无甲板，装货时则以皮革覆之”，不耐风浪。因此，“乘此船者危险堪虞，沉没之数甚多”。（《马可·波罗行记》）两相对比，可见元代的造船能力和造船技术，在当时世界上处于领先地位。
航运
造船业的发达，促进了航运业的兴旺。据马可·波罗留住中国期间所见（在黄河入海口处指黄河改道以前的，在今江苏宿迁县以南70公里处），就泊有1.5万艘船舶。长江的航运更是繁忙。据《马可·波罗行记》记载，通过新州港，“每年溯江而上之船舶，至少有二十万艘，其循江而下者尚未论焉”。
元代海上漕运的规模，超过以往的任何一个朝代，最高年运量达到350多万石。为此，开辟了从江苏太仓刘家河到河北直沽（今天津）的海上航线。这条航线经过4次变迁，最后的走向是：从刘家河启航驶向崇明岛，望东驶入黑水洋，然后向北，直驶成山。再转向西，到达刘家岛。在此集合补充淡水后，驶向沙门岛，过莱州大洋驶入界河，到达直沽。“当舟行风信有（时），自浙至京师，不过旬日而已”。（《大元海运记·漕运水程》、《元史·食货志》）这条航线离岸航行，航路直，航期短，奠定了近代北洋航线的基本走向。
元代的远洋航海活动，其范围比宋代有所扩大，但总的格局仍如前代，分作东西两条主要航线。
东航线通往日本，走向与宋代大体相同。从庆元横渡东海，航期仍在10天左右。从日本来中国多在春夏之交的三四月份，但也有在秋季的。从中国去日本，则多在五六月间。这一航区，三四月称大泛，九月称小泛，约在清明、重阳两节前后，海上风平浪静，最宜航行。明代倭寇侵扰我国东南沿海，大体也是在这个季节。
西航线所到的地区，元代以前统称为“海外诸国”，或元代海上漕运航线称为“海南诸国”。到了元代，随着航海贸易往来地区的增多，形成了新的地理概念，如把航行区域分为西洋和东洋。东西洋大致以马六甲海峡的南巫里（亚齐）为分界，在南巫里以东的海域称为东洋，以西的海域称为西洋。这一概念一直沿用到近代。
为了发展同西洋各国的航海贸易，至元十六年（1279年）十二日，忽必烈派广东招讨司、达鲁花赤杨庭壁出使具蓝（宋代称故临，即今印度西海岸的奎隆），恢复了同具蓝的海上贸易关系；以后，杨庭壁又两次出使具蓝。经过杨庭壁2次出使西洋的积极活动，到至元二十三年（1286年），与中国建立航海贸易关系的，已有马八儿（今斯里兰卡与印度半岛之间的渡头，即番班岛）、须门那（今印度卡提阿瓦半岛南部的松纳特）、僧急里（今印度西岸科钦西北之克兰加努儿港）、南无力（今苏门答腊岛北端班达亚齐）、马兰丹（今苏门答腊岛上一古国）、那旺（今尼科巴群岛中的一岛）、丁呵儿（同登牙依，今马来半岛东海岸瓜拉丁家奴）、来来（今印度卡堤何瓦半岛）、急兰亦（同吉兰丹，今马来半岛东南吉兰丹河下游的哥打巴鲁）、苏木都刺（今苏门答腊岛萨马郎伽）等国。这就是说，此时元代近则与南洋，远则与印度及阿拉伯半岛已经通航。
元朝廷在遣使沟通西洋航路的同时，还派人加强了同邻近国家真腊（今柬埔寨）和占城（越南中部）的海上联系。贞元二年（1296年），周达观随使臣出使真腊，回国后据其所见所闻写成《真腊风土记》一书，该书详细记载了到真腊的航线：“二十日自温州港开洋，行丁未针历闽、广海外诸州港口，过七州洋（今南海北部水域），经交趾洋（北部湾）到占城。又自占城顺风可半月到真蒲（今越南巴地或头顿），乃其境也。又自真蒲行坤申针过昆仑洋（今越南南方近海）入港……自港口西北行，顺水可半月，抵其地日查南（今柬埔寨的磅清扬），乃其属郡也，又自查南换小舟，顺水可十余日，过半路村（今柬埔寨的巴保尔）、佛村（今柬埔寨的菩萨）、渡淡洋（今柬埔寨的洞里萨湖），可抵其地日干傍（今柬埔寨暹粒河入洞里萨湖处堤岸码头），取城五十里”，到达真腊王城（今柬埔寨吴哥）。
周达观出使真腊30多年后，又有汪大渊两下西洋之举。根据这两次经历，汪大渊写成《岛夷志略》一书，记载了他所到之地有200余处，几乎包括现在的越南、柬埔寨、泰国、新加坡、马来西亚、印尼、菲律宾、缅甸、印度、斯里兰卡、马尔代夫、沙特阿拉伯、伊拉克、民主也门、埃及、索马里、坦桑尼亚、肯尼亚等国家的广大地区。可见元代航海事业之发达，已超过以前的各个朝代，也为以后明代航海的发展，奠定了基础。