在设备不全，条件艰苦的情况下，经过20多万人的团结协作，1960年密云水库终于修建完工。设计时主要承担着四大功能——防洪、供水、发电、养鱼。
1960年至1981年，水库担负着为京、津、冀地区全面供水的任务。
1982年以后，为了缓解北京市用水紧缺的局面，经国务院批准，停止向河北、天津供水，主要担负北京市城市生活用水及工业用水。
1999年以来，本市经历连年干旱，设计库容43亿立方米的密云水库长期维持低水位运行，自2002年起，北京削减了工业供水，密云水库主要负责北京市的城市生活用水。
到2014年11月，蓄水量仅为8.817亿立方米。当时，就连海拔最低的库中岛也露出了水面，渐渐地，荒草、林木在此落地生根。
2014年底，南水北调中线工程正式通水，长江水千里驰援，担负起城区七成饮用水的供水任务。
2015年底，密云水库反向输水工程正式启动，春夏秋三季，每天都有约100万立方米长江水经泵站提升，反向输送至密云，充实“水家底”。
