水处理的历史可以追溯到罗马时期。古罗马人因为高度重视水的品质而建造了导水管将水输送到城市的每个角落；他们修建了洗浴池，下水道以及厕所。可以说，每座罗马城市都是基于下水管网系统而修建的，它们被埋在城市下方，却在公共卫生方面扮演着重要的角色。
世界上最古老的下水道当属罗马城里著名的cloaca maxima，其设计之初旨在对古罗马广场进行排水，之后随着罗马城市化的进程，这个排水道逐渐演变成收集废水的下水道。
19世纪下半页，欧洲出现了真正的净水系统。1854年，约翰.斯诺发现了中世纪横扫欧洲的流行病--霍乱的真正致病因。为了消灭这种疾病，他主张将城市污水通过地下管网输送到远离城市的郊外。随着持续的城市化和人口的增加，这种城市地下管网也得到了高度发展，达到了上千公里的规模，并最终产生出“一切至下水渠”的理念。这个地下网络同时疏散生活污水和雨水，经济效益和管理上的优势非常明显。但是，这样的下水渠却难以控制突发暴雨时城市废水泛滥的紧急情况。于是，介于下水渠和排污点的中间站孕育而生：污水中转站。
20世纪，随着人们对环境污染的认识以及微生物学的发展，很快便有一些微生物被发现具有净化水源的能力，从而被运用在污水中转站的处理过程中。1914年，一群英国科学家将废水排入一个富有微生物的鼓泡池并成功将废水里的有机物降解。到目前为止这仍然是大部分污水处理站的核心技术之一：将废水加入富有微生物活性泥的鼓泡池以降解其中的碳、氮和磷化合物。
