最古老的水杉属植物化石出现于中生代白垩纪沉积地层，当时这一类植物约有10种，广泛分布于北半球。

到第三纪早期它们由南向北迁移，到达北极地区，其后由于气候的巨大变化,又向南迁移,在亚洲东部到达中国的东北、朝鲜、日本。但经过第四纪冰期以后，它们几乎全部绝灭。

20世纪40年代，中国科学家在中国的四川、湖北和湖南边境发现尚有留存，并加以鉴定，使这个曾被认为早已在世界上绝迹的“孑遗植物”迅速传播于世界，被誉为“活化石”。

水杉的原产地在湖北省利川县、四川省石柱县和湖南省龙山县相邻的地区，集中分布在利川县西部的小河镇周围,方圆仅600平方公里的局限范围内有5000余颗水杉母树。

现栽培范围已扩大至北起北京、辽宁南部，南及广东和广西、云贵高原，东临东海、黄海之滨和台湾,西至四川盆地的辽阔地区,并已成为长江中下游平原地区的重要造林树种；同时已被引种至亚、非、欧、美等50多个国家和地区。目前世界上最大的人工水杉树林在湖北省境内潜江市。