东深供水工程于1964年2月20日动工兴建，由广东省水利电力设计院规划、设计。为解决劳动力问题，从广州动员5000青年，从东莞、惠阳、宝安动员5000人投入施工。其主要工程量计有土石方200多万立方米，混凝土10多万立方米，安装大型抽水设备33台(套)，安装各种闸门、启闭机100多台(套)，架设高压电线路长达140公里以及两座大容量变电站。此外，还有大量的生活建筑和施工临时工程。

     整个工程的土建项目都是在汛期施工，许多基础工程是在水下5—10米的困难条件下进行的。在施工过程中，连续遭遇到5次台风暴雨的袭击。特别是1964年10月中旬的第23号强台风和特大暴雨，给工程施工增加了很大的困难。但是施工队伍闯过重重难关，在短促的一年时间中完成了工程任务。 

     整个东深供水工程规划设计和施工质量都达到较高的技术水平。投入运行以来情况良好，对港供水量逐年增加，对沿岸农田灌溉也发挥显著效益。但随着香港经济发展和人口增长，港方要求供水量急剧增加，东深供水工程也在不断扩建。1974年进行第一次扩建，扩建内容，除桥头站外，各站均在原有厂房内增加一台180千瓦的泵组，雁田站增加一台800千瓦泵组，共装机容量1880千瓦，并将局部渠(河)道扩挖，对人工河道进行护坡衬砌，以加大过水流量。一期扩建工程于1979年完成后，年最大供水量由原来的3．03亿立方米提高到4．72亿立方米，其中供水香港为2．9亿立方米，超过原(扩建)计划1．68亿立方米的72．6％。

    1981年10月进行第二期扩建。主要扩建项目有：新建1座东江抽水站及扩建沿线7个抽水站，增加装机26台，共2．16万千瓦；兴建沿石马河两岸的防护工程8宗，护岸工程3宗，排涝工程5宗，桥梁77座，以及东深混凝土路面公路54公里，贯穿东莞市桥头、樟木头、塘厦、横沥、凤岗等镇。此外，还有新建深圳水库坝下直径3米的输水管、全面加固深圳水库、在丹竹头和深圳水库坝后各兴建水电站1座、共装机6400千瓦等工程。第二期扩建工程于1987年底完工，对港年供水能力达到6．2亿立方米，相当于1965年供水能力的9倍。

    东深供水工程自1965年建成以来，经三期扩建，解决了香港、深圳市及东莞市沿线地区用水之需要，为香港的繁荣稳定及深圳市和东莞市沿线地区的经济发展作出了重大贡献。可是随着石马河及沙弯河流域经济的快速发展，未经处理的污染物流入供水河道，影响供水水质。为彻底解决东深供水工程水质污染问题，建设专用输水系统，实现清污分流，以保证供水水质，并同时适当增加供水能力，以解决深圳市和东莞市沿线地区用水的要求。