Začátkem 20. let 20. století zásobovala pražskou vodovodní síť vodárna v Káraném, dokončená r. 1914. Po vzniku Velké Prahy v r. 1922 se hlavní město stalo víc než půlmilionovou metropolí a bylo nutné zřídit nový zdroj pitné vody.
Za tím účelem byla vybudována v letech 1922-29 nová vodárna a filtrační stanice v Podolí, situovaná na pravý břeh Vltavy na místě Pražské vodárny, která zde stávala v letech 1885-22. Autorem architektonicko-urbanistického řešení byl Antonín Engel, který zvítězil v soutěži s projektem v duchu monumentálního klasicismu. Zastropení hlavní haly parabolickými oblouky o rozpětí 29 m a výšce 16 m navrhli profesoři pražské techniky Bedřich Hacar a František Klokner. Jednalo se o největší stavbu ze železobetonu v tehdejším Československu. V první etapě byla realizována budova filtrační stanice, strojovna a administrativní budova. Zakázku získala podnikatelská firma Karel Kress, mající zkušenosti s prováděním vodárenských staveb a železobetonových mostních oblouků. Práce koordinovala projekční kancelář Vodárenského úřadu hl. města Prahy.
Popis čištění vody: Podzemní voda ze Schwarzenberského ostrova byla přivedena shybkou pod ramenem Vltavy na podolský břeh do původní sběrné studny, z níž bylo položeno nové potrubí o profilu 600 mm ke třem novým sběrným studním, z nichž byla čerpána voda samostatným potrubím do filtračního zařízení. Říční voda je jímána v hlavním řečišti rekonstruovaným nátokem bývalé Vinohradské vodárny v Podolí a převedena stávající eliptickou shybkou 600/1200 mm pod vltavským ramenem k již zmíněným novým sběrným studnám.
Kvůli nevhodnému složení podzemní vody se čerpala říční voda, která se upravovala filtrační soustavou systému Puech-Chabal. Vzhledem k nedostatku místa byla volena dispozice filtračních skupin nad sebou, místo vedle sebe, jak bylo u soustavy Puech-Chabalovy až dosud obvyklo. Hrubocezy a předfiltry jsou tudíž v etáži nejvyšší, filtry jemné v etáži nižší a konečně nádrže na čistou vodu jsou v souterrainu budovy. Byly zvoleny, vyprojektovány a postaveny tři hrubocezné stupně. Touto technologií, kterou včetně projektu dodala pařížská firma Chabal & Cie, mohlo být denně čerpáno do vodovodní sítě 35 000 m³ vody.
V důsledku neustále se zvyšující potřeby vody byla zavedena úprava říční vody za použití "chemických srážidel". Jako nejvýhodnější se ukázal síran hlinitý. V roce 1940 byl vypracován detailní projekt na rekonstrukcí dvou hrubocezů III. stupně podle systému Wabag. Montáž byla provedena v r. 1941. Došlo tak k náhradě původní třístupňové filtrace za rychlofiltry Wabag. Výměna byla dokončena v roce 1942. V r. 1947 byla odsouhlasena celková rekonstrukce spočívající v přestavbě jednoho hrubocezu na kontaktní filtr a jednoho předfiltru na dva rychlofiltry.
Roku 1952 byl předložen projekt rozšíření a doplnění vodárny v Podolí s novým přívodem vltavské vody. Byl vybrán pozemek jižně od vodárny, na kterém měla být postavena nízkotlaká strojovna pro dopravu vltavské vody do vločkovacích a usazovacích nádrží s novým přívodem vltavské vody a s příslušnou rozvodnou umístěnou nad strojovnou, dále zařízení pro airaci vody, vločkovací a usazovací nádrže, rychlofiltry pískové, chlorovací zařízení, dechloratory o aktivním uhlím a další.
V roce 1965, sedm let po úmrtí arch. Antonína Engela, byla také dokončena architektonická podoba celého vodárenského areálu. V původní budově filtrace byla bohužel původní okna nahrazena sklobetonovými tvárnicemi, aby došlo ke "sjednocení" okenních otvorů. V letech 1956 – 1965 se uskutečnila na jižní části pozemku dostavba druhé haly, architektonicky ztvárněné A. Engelem, avšak s novou technologií. Jižní průčelí nové budovy zdobí jedenáct soch znázorňujících Vltavu a její přítoky.

Od roku 1956 po dlouhých 35 let se pro rozvoj Podolské vodárny neučinilo téměř nic a její osud byl nejistý. V souvislosti s uvedením do provozu vodárny na Želivce na počátku 70. let, se dokonce mluvilo o ukončení činnosti. Přestárlá vodárna stále více hrozila výpadkem ve výrobě, který by znamenal kolaps v zásobování hlavního města Prahy vodou.
V roce 1992 bylo konečně započato s rozsáhlou rekonstrukcí. Projektově byla zajišťována Hydroprojektem Praha, a. s. Tato rekonstrukce, která proběhla opět za provozu vodárny, byla v úplnosti dokončena v roce 2000. Nesledovala zvýšení výkonu, ale zlepšení kvality upravené vody a snížení negativních vlivů na životní prostředí v okolí vodárny. Navíc bylo přikročeno také k rehabilitaci architektonické podoby všech objektů. K tomuto záměru byl přizván tým architektů Navrátil - Páv - Frýdecký. Do staré filtrace byla vrácena okna se skleněnými výplněmi stejně jako do ostatních budov, kde původně vůbec nebyla. Celá stavba tak dostala zcela nové dimenze a i tato úprava přispěla k návratu génia loci. Podstatným zásahem do původního interiéru tzv. staré filtrace bylo provedení vestavby ocelové konstrukce pro nový dispečink a pro potřeby expozice Muzea pražského vodárenství spolu s oddělením tohoto prostoru od výrobní části skleněnou stěnou. Muzejní expozice byla vytvořena podle projektu ing. arch. Martina Trostera a akad. malíře Jiřího Hanžlíka.