南水北调中线工程的前期研究工作始于50年代初，长江水利委员会与有关省市、部门进行了大量的勘测、规划、设计和科研工作。

自1952年开始，长江水利委员会几代技术人员坚持开展中线工程的勘探、测量、规划与设计工作。

1987年提出了《南水北调中线工程规划报告》。1991年对此报告进行了修订。
1992年提出了《南水北调中线工程可行性研究报告》。

1994年元月水利部审查通过了长江水利委员会编制的《南水北调中线工程可行性研究报告》，并上报国家计委建议兴建此工程。

1995年国家环保局审查并批准了《南水北调中线工程环境影响报告书》。

1995～1998年，水利部和国家计委分别组织专家对南水北调工程进行了论证和审查，同时对中线工程丹江口大坝加高和不加高的多个方案进行了补充研究。21世纪伊始，根据中国经济、社会、生态环境以及水资源的变化，长江委按照先节水后调水，先治污后通水，先环保后用水的原则，以科学、严谨、求实的态度，广泛征求各方面的意见，再一次对中线工程规划进行了修订。

南水北调中线工程于2003年12月30日开工，已经开工的中线北京石家庄段应急供水工程开工建设7个单项工程，工程建设进展顺利，其中北京永定河倒虹吸工程已经基本完工。

截至2009年6月底，已累计下达南水北调东、中线一期工程投资589.7亿元，累计完成投资314.3亿元，其中东、中线一期工程分别累计完成投资57.8亿元和256.4亿元，分别占东、中线在建设计单元工程总投资的71%和52%。

2012年4月，南水北调中线工程已在做最后冲刺。南水北调中线工程建设步伐加快，天津干线工程收尾于年底完工。

2012年6月1日，张野副主任率队检查南水北调中线干线黄河以北工程质量。

2012年6月，南水北调中线工程探求加强南水北调中线工程建设监理途径。南水北调中线干线工程全部实行了建设监理制。建设监理制度的推行，在保证质量、节约投资、控制工期、保障安全等方面发挥了重要作用，监理工作取得了明显的社会效益和经济效益。

南水北调中线将于2016年汛后正式通水，为保障源头南阳丹江口库区水质稳定达II类标准，国务院出台了《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持十二五规划》，总投资约120亿元，将在丹江口库区及上游实施污水处理、垃圾处理、水土保持等十大类项目。

2016年2月22日上午10点，南水北调中线穿越黄河工程两条隧洞开始充水试验。当充水达到预定水位后，停顿6个小时，每隔30分钟观测一次，通过仪器来观测水位有没有变化，以此来判断是不是漏水。本次充水试验将对穿黄工程隧洞结构的安全性能、衬砌受力和防渗、排水情况及混凝土质量等在充水状态下进行检验。除穿黄工程外，还有24座渡槽也在进行充水试验。南水北调中线工程计划于2016年6月开展全线充水试验，以确保在10月正式通水。