Το συγκρότημα του Αντλιοστασίου κατασκευάστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1890, στο πλαίσιο της γενικότερης αναβάθμισης των υποδομών της Θεσσαλονίκης από τις Οθωμανικές αρχές. Το έργο ανέλαβε εταιρεία με την επωνυμία «Οθωμανική Εταιρεία Υδάτων» (Compagnie Ottomane des Eaux de Thessalonique), την οποία ίδρυσε ο Τούρκος επιχειρηματίας Νεμλή-Ζαδέ-Ζαμδή Εφέντης με βελγικά κεφάλαια. Το 1888, το Οθωμανικό Δημόσιο παραχώρησε στον επιχειρηματία το προνόμιο της υδροδότησης του κεντρικού τμήματος της πόλης, έργο που ανέλαβε να εκτελέσει η εταιρεία με μελέτες Βέλγων μηχανικών που είχαν εργαστεί νωρίτερα στα αντίστοιχα έργα των Βρυξελλών. Η υδροδότηση θα γινόταν από αρτεσιανά φρέατα στην περιοχή του Καλοχωρίου. Διπλός μεταλλικός αγωγός θα έφερνε στη συνέχεια το νερό με φυσική ροή στο αντλιοστάσιο, απ΄ όπου θα διοχετευόταν με τη βοήθεια ατμοκίνητων ανυψωτικών αντλιών σε αρχικά δύο και αργότερα τρεις δεξαμενές στην περιοχή του ιστορικού κέντρου. Κυρίαρχη μορφή των εργασιών υπήρξε ο τοπογράφος Aime Cuypers, μετέπειτα διευθυντής της Οθωμανικής Εταιρείας Υδάτων και πρόξενος του Βελγίου στη Θεσσαλονίκη.



Το συγκρότημα λειτούργησε αδιάκοπα μέχρι το 1978, οπότε τέθηκε σε λειτουργία νέο αντλιοστάσιο στην περιοχή του Δενδροποτάμου. Τη διακοπή της λειτουργίας του ακολούθησε περίοδος εγκατάλειψης μέχρι το 2001, χρονιά κατά την οποία άνοιξε τις πόρτες του στο κοινό ως «Μουσείο Ύδρευσης Θεσσαλονίκης», με ευθύνη της ιδιοκτήτριας εταιρίας, της Επιχείρησης Ύδρευσης - Αποχέτευσης Θεσσαλονίκης (ΕΥΑΘ). Ενδιάμεσα, είχε προηγηθεί ο χαρακτηρισμός του από το ΥΠ.ΠΟ., μαζί με τον περιβάλλοντα χώρο, ως «ιστορικού διατηρητέου μνημείου» (1985).



Το συγκρότημα, συμπεριλαμβανομένου του μηχανολογικού εξοπλισμού του, μελετήθηκε, συντηρήθηκε και αποκαταστάθηκε κατά την περίοδο 1995-2000 στο πλαίσιο του Β΄ Κ.Π.Σ. (Π.Ε.Π.-Κ.Μ.), με φορέα υλοποίησης την 4η Εφορεία Νεωτέρων Μνημείων (σήμερα Ε.Ν.Μ.-Κ.Μ.) και με την οικονομική συμμετοχή του Οργανισμού Πολιτιστικής Πρωτεύουσας της Ευρώπης «Θεσσαλονίκη 1997». Διατηρείται σε πολύ καλή κατάσταση και αποτελεί μοναδική πηγή γνώσης σχετικά με την ιστορία της υδροδότησης της Θεσσαλονίκης, καθώς και αφορμή ευαισθητοποίησης για την πολυτιμότητα του νερού.