勤奋少年郭守敬
年少时的郭守敬是在祖父郭荣的教养下长大的，因此受祖父的影响较大。郭荣是一位颇有名望的学者，精通五经，熟知天文、算学，擅长水利技术，他经常带着郭守敬边读书，边观察自然现象。
郭守敬从小就喜欢自己动手制作各种器具，把所有的心思都放在手工制作上面，甚至忘记了玩耍。十五六岁的时候，郭守敬就显露出科学方面的才能。
北宋科学家燕肃曾留下一副“莲花漏图”，是燕肃在古代漏壶的基础上改进创制的器具。“莲花漏图”仅仅画着这一整套器具，构造比较复杂，其原理也并不浅显，对一般成年的学者来说也不算是件容易的事情，然而郭守敬仅仅依据一幅“莲花漏图”就掌握了莲花漏的制造方法和原理，足以证明他是个刻苦钻研的勤奋少年。
莲花漏其实是一种计时器，器具的上面有几个漏水的水壶，这几个水壶的水面高度配置得经常不变，从而保证往下漏水的速度也就保持均匀；水流速度保持均匀了，那就在一定时间内漏下的水量一定不变，不会忽多忽少。这样，就可以从漏下的水量指示出时间来了。
在郭守敬20岁那年，就已经能对地理现象做了颇为细致的观察了。金元战争将邢台县北郊的一座石桥破坏了，整个桥身都陷在泥淖里。日子一久，竞没有人说得清它的所在了。郭守敬勘查了河道上下游的地形，对旧桥基就有了一个估计。根据他的指点，居然一下子就挖出了这久被埋没的桥基。这件事引起了很多人的惊讶。石桥修复后，当时一位有名的文学家元好问还特意为此写过一篇碑文。
水利贡献
年轻的郭荣为了让他孙儿开阔眼界，得到深造，曾把郭守敬送到自己的同乡老友刘秉忠门下去学习。刘秉忠精通经学和天文学。虽然郭守敬在刘秉忠门下学习的时间不长，但在那里却得到了很大的教益，更重要的是，郭守敬在他那儿结识了一位好朋友王恂。这一对好朋友后来在天文历法工作中亲密合作，做出了卓越的贡献。后来刘秉忠把他介绍给了自己的老同学张文谦。1260年，张文谦到大名路（河北省大名县一带）等地作宣抚司的长官，郭守敬也跟着他一起去了。在那，他把少年时代尝试做过的莲花漏铸了一套正规的铜器，留给地方上使用。后来，元朝政府里的天文台也采用了这种器具。
郭守敬跟着张文谦到各处勘测地形，筹划水利方案，并帮助做些实际工作。几年之间，郭守敬的科学知识和技术经验更丰富了。张文谦看到郭守敬已经渐趋成熟，就在1262年，把他推荐给元世祖忽必烈，说他熟悉水利，聪明过人。元世祖就在当时新建的京城上都（今内蒙古多伦附近）召见了郭守敬。郭守敬初见元世祖，就当面提出了6条水利建议：第一条建议修复从当时的中都（今北京）到通州（今通县）的漕运河道；第二和第三条是关于他自己家乡有地方城市用水和灌溉渠道的建议；第四条是关于磁州（今河北磁县）、邯郸一带的水利建议的意见；第五第六条是关于中原地带（今河南省境内）沁河河水的合理利用和黄河北岸渠道建设的建议；这六条都是经过仔细查勘后提出来的切实的计划，对于经由路线、受益面积等项都说得清清楚楚。元世祖认为郭守敬的建议很有道理，当下就任命他为提举诸路河渠掌管各地河渠的整修和管理等工作，下一年又升他为银符副河渠使。
郭守敬一生中长时间从事水利建设，他先后在引玉泉水济漕运工程、重开金口河引水工程、白浮翁山河引水工程、通惠河通航水道建设及大都城市水利建设等项工程中，都取得了巨大的成就。郭守敬对中都一带的水利建设一向具有卓识，在给忽必烈的6条建议中，就将引玉泉水以通舟列为首要的一条。元代的旧都城中都，原以现广安门外为中心，水利系统存在一些问题。元大都新城址的选址，充分考虑到地势和水利系统的优越条件，选在金中都东北郊外，以现今景山一带为中心，位于北京小平原永定河与潮白河冲积扇的脊部，周围众多湖泊可用，并且采纳郭守敬的建议，大规模开发玉泉山水利，引水入城，相辅相成。该项引水工程的上游工程，是开挖金水河。该河道从玉泉山西边的翁山泊（今昆明湖）向南转东，经高梁河入城。该工程解决了宫廷供水。郭守敬为河道设计的跨河跳槽具有创新价值。引水工程下游通过积水潭，沿今北护城河，再经坝河至通县。这是郭守敬为兴建大都水利所立的第一功。大都的选址，既有最佳的供水路线，又有利于避免永定河泛滥对中都的威胁，为日后北京城的建设奠定了基础。
1264年，张文谦被派往西夏（今甘肃、宁夏及内蒙古西部一带）去巡察。那里沿着黄河两岸早已修筑了不少水渠。宁夏地方（今银川一带）的汉延、唐来两渠都是长达几百里的古渠，分渠纵横，灌溉田地的面积很大，是西北重要的农业基地之一。当年成吉思汗征服西夏的时候，不知道保护农业生产，兵马到达的地方，水闸水坝都被毁坏，渠道都被填塞。这种情况，张文谦当然是知道的。他巡察西夏，一方面要整顿地方行政，另一方面也想重兴水利，恢复农业生产。所以他带了擅长水利的郭守敬同行。郭守敬到了那里，立即着手整顿。有的地方疏通旧渠，有的地方开辟新渠，又重新修建起许多水闸、水坝。当地人民久旱望水，对这样具有切身利害关系的大事自然尽力支持。由于大家动手，这些工程竟然在几个月之内就完工了。开闸的那一天，人们望着那滚滚长流的渠水，心里有多么喜悦啊。
修完了渠，郭守敬就离开了西夏。在还京之前，他曾经逆流而上，探寻黄河的发源地。以往史书上虽也有些河源探险的记载，但都是些将军、使臣们路过这个地区，顺便查探，写下的一些记述，并不是特意进行的科学考察结果。有些记载只是从传闻得来，还不免失实。以科学考察为目的，专程来探求黄河真源的，要推郭守敬是第一个人。
1279年，在郭守敬任工部郎中期间，又对坝河进行了大规模的治理。经过此次整治，使玉泉山引水流入坝河，使坝河年漕运量高达万担，对元大都建设起了重要作用。
重开金口河引水工程，是郭守敬为兴建大都水利立下的又一功。金口河自中都西北向中都东南流向，原为金代所开，结果因河道高峻，水性浑浊等原因而堵塞。至元代初年，忽必烈决定重建为战火焚毁的燕京，所用大量木材和石料，需从西山开采并运输至城中。为此郭守敬提出重开金口河，为漕运和城市建设服务的建议，被采纳并付诸实施。郭守敬认真分析前人失败的教训，本着既能引水，又可防洪的目的，进行科学的周密设计。值得称道的是从永定河的麻峪段的金口河引水口，至鬼子山与石景山之间的金口闸之间，开泄水渠，设减水口，再向东南方向重开金口河。该工程经受了洪水的多次考验，使用了近30年之久，为元大都的城市建设起到了重要作用，在永定河引水史上做出了前所未有的贡献。