粮食生产用水效率反映农业生产中水利用和粮食产出的相对变化，关系粮食安全和农业可持续发展。以粮食生产水足迹作为水资源投入指标，采用超效率SBM模型对中国全要素粮食生产用水效率进行科学测度，在此基础上，运用空间杜宾模型对粮食生产用水效率的影响因素和空间溢出效应展开分析。结果表明：（1）2001-2019年31省份粮食生产水足迹平均增长4.5%，其中玉米、水稻生产水足迹呈上升态势，增幅主要来自中部地区；（2）区域粮食生产用水效率呈东、西、中逐步降低的分布格局，西南地区与南部沿海较高，西北地区和黄河流域较低，省域水资源利用水平在空间上呈现向“高耗水—低效率”和“低耗水—高效率”水平跃迁的态势；（3）节水技术、水土匹配度、城镇化水平和化肥价格对粮食生产用水效率具有显著的正向影响，供水结构和产业结构的影响效应则显著为负，这些因素的区域异质性是造成用水效率空间分布差异的主要原因；（4）粮食生产用水效率可通过技术溢出、要素流动、生产集聚和价格传导产生空间相互关联和溢出。据此，提出深挖用水效率提升潜力，充分发挥区域互馈效应，实现粮食生产用水效率协同提升的政策启示。