楊樹浦水廠廠址在楊樹浦路830號，南瀕黃浦江，占地12.9萬平方米，最大用地曾達(dá)25.9萬平方米。水廠由英籍工程師赫德（J.W.Hart）設(shè)計，上海耶松船廠（S.C.Farnham&Co.ofShanghai）等外商承包施工，主要設(shè)備及管道材料由英國制造。光緒七年（1881年）六月動工興建，光緒九年五月竣工，同年六月二十九日（8月1日）正式對外供水，設(shè)計能力為日供水量150萬加侖（6818立方米），耗資12萬英鎊，水廠初期占地111畝（7.39萬平方米），生產(chǎn)流程為潮汐進水，慢濾池過濾，蒸汽唧機出水。主要設(shè)備有總?cè)萘?13萬加侖（2.79萬立方米）的沉淀池2座，慢濾池4座，清水池1座，蒸汽鍋爐3臺及出水間1座（唧機2臺），在香港路建造總?cè)萘?5萬加侖（682立方米）水塔1座。初期供水區(qū)域為公共租界、法租界及越界筑路等地區(qū)，用水人口約17萬人。第一年總出水量1.245億加侖（55.6萬立方米），平均日出水量3698立方米。

20世紀(jì)起，陸續(xù)增添生產(chǎn)設(shè)備，光緒三十三年在新閘路建成總?cè)萘?65立方米的第二座水塔。宣統(tǒng)三年（1911年），水廠凈水設(shè)備增加沉淀池和慢濾池，水廠占地擴至211畝（14.05萬平方米）。

民國10年（1921年）主要凈水設(shè)備慢濾池增至39座，翌年在膠州路建成容量4.7萬立方米的水庫唧站1座。民國11年水廠從美國購入4臺快濾缸，作試驗性生產(chǎn)。次年試驗成功加注硫酸鋁連續(xù)沉淀工藝。以后用連續(xù)沉淀代替間歇沉淀，以美式快濾池逐步代替英式慢濾池。經(jīng)過10年建設(shè)，水廠主要凈水設(shè)施有沉淀池7座，快濾池3組（24格），慢濾池26座，清水池5座。30年代末日供水能力達(dá)40萬立方米，水廠占地擴大至386畝（25.7萬平方米），為遠(yuǎn)東第一大水廠。

民國30年，太平洋戰(zhàn)爭爆發(fā)，水廠被日軍接管，由日偽華中水電公司經(jīng)營。日偽統(tǒng)治期間，水廠平均日供水量從太平洋戰(zhàn)爭前的24.46萬立方米降至17.43萬立方米。抗日戰(zhàn)爭勝利后，民國34年，上海市政府接收水廠，翌年5月，歸還英商經(jīng)營。解放時（1949年），水廠平均日供水量27.14萬立方米，最大日供水量31.46萬立方米，生產(chǎn)能力為日供水量41萬立方米。解放初期，水廠以挖潛、改造增加生產(chǎn)。1974年起，利用慢濾池場地，改建成斜管沉淀池和低程雙閥濾池，形成日供水量15萬立方米凈水生產(chǎn)流水線。1975年，新建日進水能力100萬立方米的6號岸邊式進水口。1986年11月起，利用廠東區(qū)慢濾池場地，建設(shè)日供水量10萬立方米低程濾池生產(chǎn)流水線1條，1988年12月竣工。水廠原有蒸汽鍋爐、蒸汽唧機于1984年以前淘汰，水廠北部原慢濾池場地先后辟建其他生產(chǎn)設(shè)施和職工住宅，水廠占地相應(yīng)縮小。1987年黃浦江上游引水工程（一期）建成，水廠改用上游原水。

進入90年代后，水廠體制和生產(chǎn)經(jīng)營進行改革，設(shè)唧水和凈水生產(chǎn)車間，辦修理廠、安裝部、服務(wù)經(jīng)營部。1994年11月，投資4800萬元改造129號濾池，增加日供水能力5萬立方米。1995年水廠有進水口4座，進水唧機20臺，沉淀池8座，次步唧機16臺，普通快濾池3組（26格），低程快濾池28座，清水池7座（2萬立方米），出水唧機23臺，出廠管14支（最大口徑2米）。當(dāng)年，水廠平均日供水量124.4萬立方米，最大日供水量153萬立方米。楊樹浦水廠生產(chǎn)設(shè)施和辦公輔助用房，外形保持英國城堡式，有英國古典建筑風(fēng)格，為上海景點之一。

2013年5月，國務(wù)院（國發(fā)[2013]13號）公布楊樹浦水廠為全國重點文物保護單位。