杨树浦水厂厂址在杨树浦路830号，南濒黄浦江，占地12.9万平方米，最大用地曾达25.9万平方米。水厂由英籍工程师赫德（J.W.Hart）设计，上海耶松船厂（S.C.Farnham&Co.ofShanghai）等外商承包施工，主要设备及管道材料由英国制造。光绪七年（1881年）六月动工兴建，光绪九年五月竣工，同年六月二十九日（8月1日）正式对外供水，设计能力为日供水量150万加仑（6818立方米），耗资12万英镑，水厂初期占地111亩（7.39万平方米），生产流程为潮汐进水，慢滤池过滤，蒸汽唧机出水。主要设备有总容量613万加仑（2.79万立方米）的沉淀池2座，慢滤池4座，清水池1座，蒸汽锅炉3台及出水间1座（唧机2台），在香港路建造总容量15万加仑（682立方米）水塔1座。初期供水区域为公共租界、法租界及越界筑路等地区，用水人口约17万人。第一年总出水量1.245亿加仑（55.6万立方米），平均日出水量3698立方米。
20世纪起，陆续增添生产设备，光绪三十三年在新闸路建成总容量865立方米的第二座水塔。宣统三年（1911年），水厂净水设备增加沉淀池和慢滤池，水厂占地扩至211亩（14.05万平方米）。
民国10年（1921年）主要净水设备慢滤池增至39座，翌年在胶州路建成容量4.7万立方米的水库唧站1座。民国11年水厂从美国购入4台快滤缸，作试验性生产。次年试验成功加注硫酸铝连续沉淀工艺。以后用连续沉淀代替间歇沉淀，以美式快滤池逐步代替英式慢滤池。经过10年建设，水厂主要净水设施有沉淀池7座，快滤池3组（24格），慢滤池26座，清水池5座。30年代末日供水能力达40万立方米，水厂占地扩大至386亩（25.7万平方米），为远东第一大水厂。
民国30年，太平洋战争爆发，水厂被日军接管，由日伪华中水电公司经营。日伪统治期间，水厂平均日供水量从太平洋战争前的24.46万立方米降至17.43万立方米。抗日战争胜利后，民国34年，上海市政府接收水厂，翌年5月，归还英商经营。解放时（1949年），水厂平均日供水量27.14万立方米，最大日供水量31.46万立方米，生产能力为日供水量41万立方米。解放初期，水厂以挖潜、改造增加生产。1974年起，利用慢滤池场地，改建成斜管沉淀池和低程双阀滤池，形成日供水量15万立方米净水生产流水线。1975年，新建日进水能力100万立方米的6号岸边式进水口。1986年11月起，利用厂东区慢滤池场地，建设日供水量10万立方米低程滤池生产流水线1条，1988年12月竣工。水厂原有蒸汽锅炉、蒸汽唧机于1984年以前淘汰，水厂北部原慢滤池场地先后辟建其他生产设施和职工住宅，水厂占地相应缩小。1987年黄浦江上游引水工程（一期）建成，水厂改用上游原水。
进入90年代后，水厂体制和生产经营进行改革，设唧水和净水生产车间，办修理厂、安装部、服务经营部。1994年11月，投资4800万元改造129号滤池，增加日供水能力5万立方米。1995年水厂有进水口4座，进水唧机20台，沉淀池8座，次步唧机16台，普通快滤池3组（26格），低程快滤池28座，清水池7座（2万立方米），出水唧机23台，出厂管14支（最大口径2米）。当年，水厂平均日供水量124.4万立方米，最大日供水量153万立方米。杨树浦水厂生产设施和办公辅助用房，外形保持英国城堡式，有英国古典建筑风格，为上海景点之一。
2013年5月，国务院（国发[2013]13号）公布杨树浦水厂为全国重点文物保护单位。
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