白渠始建于西汉汉武帝太始二年（公元前95年）。因其由赵中大夫白公提议修建，故以其姓氏命名为“白渠”。这是继战国时期的郑国渠之后，关中地区兴修的又一项重要引泾水利工程。

白渠起自谷口（今陕西泾阳县西北），止于栎阳（今陕西西安市阎良区），最终汇入渭河，总长度约二百里。其渠线位于郑国渠之南，两渠总体走向相近：白渠流经泾阳、三原、高陵等县，至下邽（今陕西省渭南市临渭区下邽镇）注入渭水；而郑国渠则在其下游注入洛水。

由于泾河泥沙含量较高，白渠在灌溉农田的同时，也为关中平原带来了富含养分的肥沃淤泥。当时百姓曾传唱歌谣赞颂其功：“田于何所？池阳谷口。郑国在前，白渠起后。举臿为云，决渠为雨。泾水一石，其泥数斗。且溉且粪，长我禾黍。衣食京师，亿万之口。”这首民谣生动描绘了民众合力开渠、利用泾水泥沙“灌溉兼施肥”促进农业丰收的景象。

东汉班固在《西都赋》中也盛赞道：“郑白之沃，衣食之源...决渠降雨，荷锸成云...五谷垂颖，桑麻铺棻。” 郑国渠和白渠共同成为保障首都长安粮食供给的核心设施。

白渠是汉武帝时代关中众多灌溉渠系中经济效益最为突出、地位最为重要的一项工程，对推动关中农业生产发展作用显著。

东汉迁都洛阳后，白渠曾一度荒废。直到十六国时期，前秦政权以关中为根基，苻坚才组织人力对白渠进行了修整。西魏定都关中后，也曾对其加以重修。至唐代，因郑国渠主体工程已无法使用，白渠遂成为关中灌溉体系的骨干，并被细分为三条主要干渠：太白渠、中白渠和南白渠，合称“三白渠”。

唐高宗永徽年间，三白渠的灌溉总面积曾达到一万余顷，成为关中农业真正的命脉所系。然而，中唐以后，因渠上大量设置水车、水磨等水力机械占用流量，加之泾河上游用水日益增多，导致白渠水量锐减。尽管几乎每隔二十年就要进行疏浚清理，其灌溉能力仍大幅衰退，面积锐减至高峰期的五分之一左右。

北宋、金、元等朝代均曾设立专门官职管理白渠，直接隶属于中央。明朝时，白渠规模进一步萎缩，改由陕西省派员管理。至清朝雍正年间，白渠持续缩小，管理权移交西安府。乾隆之后，其规模缩减为今天所称的龙洞渠，水利事务分散归地方各县管理。此后，作为重要水利工程的“白渠”之名，便渐渐淡出史册。

2015年，考古工作者在西安秦汉栎阳城遗址勘探时，意外发现一段古代沟渠遗迹。发掘表明，该沟渠至少经历了四个使用阶段：在沟渠底部发现了汉代典型的绳纹筒瓦、砖块等遗物；而上层淤积中则出土了外素面内布纹的筒瓦及瓷片。结合历史文献记载，考古人员初步判断这条沟渠开凿于西汉中期，并在唐代延续使用。根据其地理位置和时代特征，推测这条沟渠正是文献中记载的汉唐时期白渠的历史遗存。这一发现为研究白渠的真实走向和演变提供了宝贵的实物证据。