都江堰在历史上曾有过许多不同的名字。《华阳国志》称它为“湔堰”，是由于都江堰左岸的玉垒山古名湔山，又名灌口山，古人因山命名，称之为“湔堰”；《水经注》称之为“湔堋”和“都安堰”，前者和《华阳国志》的意思相同，后者是取成都安居乐业的意思；左思在《蜀都赋》中就它的坚固和形状称之为“金堤”；唐代改称“楗尾堰”，“楗”是插门的木棍子，也指堵塞河堤决口时所用的竹木土石等材料，意思是指堰为笼石、杩槎构筑，形如楗尾，能够自由调节；宋代以后才有了“都江”之说，宋代诗人范成大的作品《吴船录》里有：“新作【二王】庙前门楼盛壮，下临大江，名曰都江。”元代以后称之为“都江堰”了，在元代的《蜀堰碑》里有了这样的记载：“北旧无江，冰凿离堆避沫水之害，中为都江堰。”
都江堰水利工程和许多水利工程不同，具有独特的科学性和创造性，它科学地利用地形地势采用了“无坝引水”的工程形式，建筑在山川和平原接壤的咽喉要冲。主要工程由都江鱼嘴【分水堤】、飞沙堰【溢洪道】、宝瓶口【引水口】三大工程构成。按系统工程学的原理，三大工程结构严谨，相互联系、相互依存，极其巧妙地构成了一个完善的、有机的整体，达到了“分洪以减灾，引水以灌田”的治水效益，发挥出远比单独一个工程巨大得多的作用。
为了利用岷江水灌溉农田，李冰设想把玉垒山伸向今都江堰市城西的一段余脉凿开一个缺口--宝瓶口，为了让有足够的水进入宝瓶口，他首先在江心用竹笼装卵石砌出了一道大堰，这就是后来《华阳国志》所说的“壅江作堋”，即拦河筑堰的意思。这是我国水利技术上的一个飞跃，把治水由过去小范围的“堤防”进步到大范围的壅水和导水，让河水能更顺应人的需要。而大堰的前端便是“鱼嘴”。鱼嘴分水堤用竹笼卵石垒砌而成，即《元和郡县志》上所称：“破竹为笼，圆径三尺，长十丈，以石实中，垒而壅水。”
鱼嘴分水堤正建筑在岷江的江心，是岷江冲出山口后河床的弯道上。弯道北面是凹岸，南边是凸岸，这正是建设大型水利工程的理想地方。从高处望去，整个堤坝就像海上一条巨大的鲸鱼，堤坝的顶端就像鲸鱼的嘴巴，所以称为鱼嘴。
鱼嘴把岷江一分为二，分为内江和外江。外江是岷江的主流，主要作用是泄洪排沙；而内江是人工开凿的渠道，用来灌溉农田。外江有羊马河、黑石河、沙沟河等许多分支；内江也有蒲阳河、柏条河、走马河等等支流，这些分支各自又有许多更小的分支，就这样使成都平原成为全国河渠水网密集的地区之一。这些河渠既有通航之便，又有灌溉之利。
在春耕用水的季节，水流经上面的弯道绕行，主流直冲内江而下，内江约进六成水量，外江约进四成水量；而在夏秋洪水季节，情况刚好相反，水位升高后，水势不再受弯道的制约，主流奔腾而下，内外江进水的比例颠倒过来，内江约进四成水量，而外江可进六成了。
近代水利专家们曾进行过多次测量和试验，证实当岷江流量小于每秒500立方米时，内江分流比便接近60％；而当流量大于每秒5000立方米时，内江的分流比便只有40％了。
鱼嘴除了完美地解决了灌溉和防涝两大问题，还发挥了另一个显著作用，即排沙。根据河流的自然规律和“弯道环流”的科学原理，挟带大量泥沙的底层水自然会流向南边的凸岸，而含泥沙少一些的表层水总是会自动流入北边的凹岸，而内江正在凹岸，外江正在凸岸，天然的地势让鱼嘴不但能分水，而且还能分沙。据试验，当岷江洪峰流量超过每秒1700立方米时，内江便已处于“正面取水”，而外江则处于“侧面排沙”的态势，这时，内江分流比大于外江，而外江分沙比大于内江。这就是都江堰治水“三字经”中所说的鱼嘴“分四六，平潦旱”，在现代工程学上称为“凹岸取水，凸岸排沙”，李冰这一创举，为我国水利科学的发展，作出了不朽的贡献。
紧连鱼嘴之下有金刚堤。靠内江一侧的是内金刚堤，靠外江一侧的是外金刚堤。金刚堤在鱼嘴和飞沙堰之间，形如弯月，是鱼嘴联系飞沙堰不可缺少的一部分。古时曾误认它就是都江堰，因此在郦道元的《水经注·江水》中有这样的记载：“江水又历都安县，李冰作大堰于此，壅江作堋，堋有左右口，谓之湔堋。……亦曰湔堰，又谓之金堤。”
金刚堤的堤岸过去也用竹笼卵石做了许多护岸工程，以便引水顺流，保证内、外江的分流。
都江堰的第二个重要工程就是飞沙堰泄洪道。
都江堰的溢流排沙工程包括飞沙堰和附属的人字堤。飞沙堰又名减水河，唐代叫侍郎堰，在内金刚堤的下端，今堰长约270米，和内江左岸的虎头岩相对，上距鱼嘴700米，下距宝瓶口200米。是内江总干渠的旁侧泄洪道，作用是排洪、飞沙。根据多年实测，它排洪、排沙的效果非常好。
据水利工作者们实测，内江流量越大，飞沙堰的排洪作用也越大。如岷江发生百年一遇的特大洪水时，飞沙堰能排出内江流量的75％以上，确保成都平原的安全。而流量越大，排沙效能也越高。
飞沙堰的高度根据内江用水量决定，低于堤的高度。当宝瓶口水位超过一定高度的时候，堰顶便会自动开始溢流，并由于水的横向环流原理，同时自动排沙。人字堤在宝瓶口右侧，上接飞沙堰，下接离堆，宝瓶口出现更高的水位时，人字堤顶也向外江溢流。
源出高山的岷江洪水下泄时，沿途挟带了大量泥沙和其他悬浮物，这些东西经过鱼嘴时大部分排入外江，但每年仍有26％至47％进入内江，飞沙堰正是处理内江大量泥沙和悬浮物的又一个工程设施。当宝瓶口水位在十二划时，内江流量每秒330立方米，飞沙堰便开始翻水；当内江流量超过每秒500立方米时，飞沙堰开始飞沙；当内江流量超过每秒1000立方米时，飞沙堰的飞沙比可达80％以上。
飞沙堰对岸的虎头岩，岩石陡峭，向南突出江心。每当江水盛涨，洪水经鱼嘴滚滚而下的时候，惊涛骇浪会陡地扑向虎头岩，在岩石的拦截下，形成巨大的回流，泥沙和各种悬浮物便在回流里快速搅动，并不得不改道南行，在螺旋形的飞舞中被甩出飞沙堰并飞向外江。这种把洪水和泥沙逼出飞沙堰的方法被叫做“正面取水，侧面排沙”。飞沙堰的排沙效能并不神秘，它是利用“弯道环流”和“正面取水，侧面排沙”两种流态共同作用的结果。
飞沙堰在古代是用卵石堆砌的。清末，用竹笼纵横垒砌，间贯以梅花桩。清光绪时，丁宝桢曾砌以巨石，涂以油灰。
飞沙堰的堰顶高度有严格规定，自古以来便有“低作堰”的法则，直到现在，飞沙堰虽已改用混凝土浇灌，但“低作堰”的法则仍然是不能违反的。
虽然飞沙堰能自动排出许多泥沙，但仍然有一部分要残留下来淤积在虎头岩下的凤栖窝一带，因此每年必须进行一次河床的清淤和飞沙堰的维修工作，名叫“岁修”。李冰在岁修工作中总结出了著名的“深淘滩，低作堰”的科学经验，被后人称作“六字诀”。六字诀不但是岁修的科学方法，而且也是保证工程质量必须遵守的原则。
“深淘滩”是指河床必须淘到一定的深度。相传当年李冰曾在河床底下埋有石马做标记，要求岁修时要淘见石马。后来，经过岁月的磨蚀，石马找不见了，现在淘滩的标准是明、清时埋下的三根“卧铁”，每年淘滩淘到三根卧铁就行了。
“低作堰”是指飞沙堰在维修时，堰顶不能垒得过高，以致影响排洪排沙。至于低到什么程度呢？这要根据宝瓶口的“水则”和灌区的用水量来决定。现在堰顶约平于水则十五划【每划一市尺】。如水量高出水则十五划，灌区就要闹水灾；反之，如低于十五划，灌区就要缺水。
“六字诀”是李冰在实践中总结概括出的宝贵经验，也是科学的结晶，千百年来一直为后人沿用。
人字堤是飞沙堰的附属工程，它位于飞沙堰下游，紧靠离堆脚下，是内江总干渠的第二道旁侧溢洪道。过去用竹笼卵石垒砌，宽40米。它和宝瓶口、飞沙堰联合运用，起到排泄内江多余进水的作用。
都江堰的第三个重要工程是宝瓶引水口。
内江流到了飞沙堰的末端后，便被玉垒山斜出的一块砾岩--虎头岩--挡住了去路，为了达到“引水以灌田”的目的，李冰便设法在虎头岩的低伏处凿开了一个边坡很陡的梯形引水口，这就是“宝瓶口”，是都江堰工程最为壮观的地方。
宝瓶口位于离堆与玉垒山脚的悬崖之间，通高13米、长80米、宽43米，是内江引水的咽喉工程，也是成都平原的安全屏障。如果把成都平原比作一个大瓶，这里便是大瓶的瓶口了。宝瓶口被凿开后，被孤立在江中的砾岩便被后人称为“离堆”。内江至此，水面宽度由70米骤降到14米到24米，离堆三面都是下临江水的悬崖峭壁，怒涛汹涌，吼声震天，离堆兀立于怒涛之上，上面建有一座气宇轩昂的古建筑伏龙观，相传是晋代为祭祀李冰而建。
据传当初凿山时因虎头岩的岩石异常坚硬，古蜀的先民们便在李冰的带领下，积木于岩石上，以大火加热，然后浇水骤然冷却，再用简陋的铁具凿开微微裂开的岩石，历尽千辛万苦终于大功告成。
据《华阳国志》载，李冰在都江堰工程建成后，经过多年实际观测，掌握了宝瓶口水位变化与灌溉需求的规律，便命人在水边立了三个石人，并刻上了“干毋及足，涨毋没肩，年中水量，以此为度”的说明。后人随着对水情的进一步理解，又在宝瓶口左面的山石上加刻了几十道分划，取名为“水则”，也就是今人所说的“水标尺”，当水面到达十一划时，内江所需的灌溉用水便已充足，超过十九划时，就要向外江排水。这可能是我国最早的水位标尺了。
新中国成立后，据水利工作者们多年实测，无论岷江发生多大的洪水，宝瓶口引进的流量始终不会超过每秒700立方米，既保证了灌溉和城市用水，又不会发生洪涝之灾，真是一个巧夺天工的工程！唐朝大诗人杜甫曾写诗曰：“蜀人矜夸一千载，泛滥不近张仪楼。”正是赞誉宝瓶口的控制作用。
在都江堰的修建过程中，既没有钢筋，也没有水泥，用什么作建筑材料呢？李冰从当地居民的房舍用料中发现了竹、木、卵石等材料，并且经过实验，把这些材料巧妙地用在了工程上。动员先民就地取材，通过杩槎、竹笼、羊圈、桩工等技术，使工程达到了结构简单、施工方便、成本低廉、效益显著的特点。这一套行之有效的工程技巧，被一代一代保留相传，成为水利建设中的瑰宝。
汉代，都江堰特有的竹笼装石筑堰法已经在全国推广，一个突出例子便是“治黄”。汉成帝建始四年【公元前29年】黄河决口，蜀人王延世用竹笼装石堵塞成功。据《汉书·沟洫志》记载：“【黄】河决于馆陶及东郡金堤，泛滥褒衮豫，入平原千乘，济南凡灌四郡三十二县，水居地十五万余顷，深者三丈，坏败官亭室庐且四万所，御史大夫尹忠对方略疏涧，上切责之，忠自杀……河堤史者王延世使塞，以竹笼长四丈，大九围，盛以小石，两船夹载而下之，三十六日河堤成。”成帝因王延世长于计策，功费约省，用力日寡，提拔他当了光禄大夫。《华阳国志·蜀志》中记载了这件事。唐代《元和郡县志》中也明确记载了王延世用李冰之法筑堰的事实：“楗尾堰在县西南二十五里，李冰作之以防江决。破竹为笼，圆径三尺，长十丈，以石实中，累而壅水。汉成帝时，瓠子河决，王延世塞之，用此法也。”
李冰治水，功绩千秋，自都江堰建成后，“蜀沃野千里，号为陆海，旱则引水浸润，雨则杜塞水门。故记曰：‘水旱从人，不知饥馑，时无荒年，天下谓之天府也’”。【《华阳国志》】
1974年3月3日，都江堰在修建外江闸、下移索桥开挖桥基时，发掘出一尊汉代雕塑的李冰石像，神态从容，拱手微笑，其衣袖和衣襟上有隶书题记：“故蜀郡李府君讳冰建宁元年闰月戊申朔廿五日都水椽；尹龙长陈壹造三神石人镇水万世焉。”“建宁”是东汉灵帝的年号，这三行隶书虽然不像后人那样把李冰尊崇为神，但却为史书记载李冰主持修建都江堰工程提供了物证。
谈到李冰修筑都江堰，还有一个重要的问题必须弄清楚，即到底是“谁开凿了离堆”？
自宋代以来，围绕这个问题便有了一些争论。近年来，更有一些人认为，都江堰左岸的山今名玉垒山，离堆是从玉垒山开凿出来的，于是便断定都江堰是蜀王开明创建，而离堆是开明开凿的。也有人认为，开明曾开凿过玉垒山，但并没有凿通，是李冰完成了他的未竟之业。
事实到底是怎样的呢？学者钟天康等人曾仔细考证和分析过这个问题。
首先，钟天康等认为，要弄清“开明”的由来。开明是公元前六世纪蜀王丛帝的年号，是由“鳖灵治水”演变而来的。但在《山海经》、《尚书》、《史记》等典籍中都找不到有关鳖灵治水的记载，只在《水经注》引来敏《本蜀论》云：“荆人鳖令死，其尸随水上，荆人求之不得也。令至汶山下复生。起见望帝。……望帝立以为相。时巫山狭而蜀水不流，帝便令凿巫峡通水，蜀得陆处。”其他如《风俗通义》、《路史》等中也是类似的说法，这些记载基本形成了鳖令治水的故事，说明在公元前6世纪，蜀国曾遭受过一次特大洪水，造成灾害的原因是巫山【峡】狭窄的出口，让水不能畅流。
在《蜀王本纪》【按徐中舒考证，此书为蜀汉谯周所作，而不是西汉扬雄】中，这种说法有了变化，成为：“荆有一人名鳖灵，其尸亡去，荆人求之不得。鳖灵尸随江水上，至郫，遂活，与望帝相见。望帝以鳖灵为相。时玉山出水，若尧之洪水，望帝不能治，使鳖灵决玉山，民得安处。”在《华阳国志》中也有：“开明决玉垒山以除水害。”
在这些记载中，“鳖令”变成了具有神话意味的“鳖灵”，而“凿巫山”又变成了“决玉山”或“决玉垒山”。
其实，因“玉山出水”而又要去“决玉山”，本来已是一个自相矛盾的说法。
再则，巫山在哪里？而玉垒山又在哪里呢？
钟天康等人认为，能使蜀水不流的巫山只能是蜀国境内的巫山，而不会是巴楚交界处今巫山县的巫山三峡。因为巫山县山峡的海拔高度比成都平原要低得多，不可能使“蜀水不流”，而鳖令也不可能越过巴国到千里之外的巴楚交界处去治水。因此他凿通的应是今金堂县的金堂峡--金堂峡一段的沱江，在民间或历史上曾被称为巫江，金堂峡入口上游与旧城相对处，曾有巫江镇，这里至今还有众多鳖灵治水的记载和遗迹，而在都江堰市和蜀中的其他地方却没有发现过这样的记载和遗迹。因此，鳖灵疏通的是金堂峡，“决玉山”应是“决巫山”之误。
《读史方舆纪要》、《舆地纪胜》、《四川通志》、《金堂县志》、《蜀中名胜记》等典籍中都有鳖令在金堂治水的记载。
从地形上看来，蜀地壅江的地方也应该是金堂峡。据调查，只要金堂峡壅水的水头达到40米高，成都平原许多地方便会成为泽国；而达到50米高，蜀国的都城郫县也会受到威胁，淹没的土地会在60万亩以上了。