在古代的美索不达米亚，下水道系统常被用于清除废物，通道一般直连到蓄污池。类似的系统还存在于印度河流域文明、古克里特和古希腊。在中世纪，古罗马人修建的污水处理系统将收集到的废物分类，把粪便之类的定期收集并把它作为肥料卖给农民进行农业生产，从而减少蓄污池里废物的量，而回收的资金再投入于这个污水处理系统的修护上。

现代化的污水处理系统最初是建于十九世纪中叶，当时修建的目的是为了应对重工业化二货城市化带来的卫生条件恶化。比如在1832年，1849年和1855年的伦敦就因为水源受到霍乱疫情的污染而造成了数万人的死亡。再加上由于污水的不当处理，在1858年的时候，未经处理的生活垃圾充斥着泰晤士河使得整条河流变得奇臭无比，并且气味渐渐开始弥漫整个城市。当时的皇家局长埃德温·查德威克进行卫生改革，经过当局决定任命约瑟夫爵士巴泽尔杰特构建一个庞大的地下污水处理系统，将城市里的污水通过管道输送到一个自然的水路中远离人口中心，使这些污水能够重新回到自然的环境中。而这个系统便是后来现代污水处理系统的一个雏形，之后它便被移植到欧洲大陆别的地方。