是邢州（今河北邢臺）人。他祖父郭榮學識淵博，不但通曉經書，對數學、天文、水利等都有研究。郭守敬少年時候，在祖父的影響下，對科學發生濃厚的興趣。那時候，劉秉忠和他的朋友張文謙等正在邢州西南紫金山講學，郭榮把他孫子送到劉秉忠那裡學習。郭守敬在那裡認識了許多愛好科學的朋友，學問就長進得更快。
忽必烈統一北方以後，為了發展農業生產，決定整治水利，徵求這方面的人材。張文謙把郭守敬推薦給忽必烈，忽必烈很快就在開平（今內蒙古正藍旗東）召見郭守敬。郭守敬對北方水利情況十分熟悉，當時就提出六條整治水利的措施。忽必烈聽了十分滿意，每聽完一條，就點頭讚許。最後，他很感慨地說：“讓這樣的人去辦事，才不會是擺空架子吃閒飯的呢。”接見以後，就派郭守敬擔任提舉各路河渠的職務，經辦河道水利的事。
過了兩年，郭守敬又被派到西夏一帶去整治水利。那裡經過多年戰亂，河道淤塞，土地荒蕪，生產遭到嚴重破壞。郭守敬到了西夏，經過詳細勘察以後，發動民工疏浚了一批原有的渠道、水壩，還開挖了一些新河道。不出一年時間，這一帶九百多萬畝農田灌溉暢達，糧食豐收，百姓的生活也都改善了。
為了加強大都到江南的交通運輸，忽必烈又派郭守敬去勘測水路交通情況。經過郭守敬的勘測、設