国民政府首都水厂始建于1929年8月， 1927年国民政府定都南京后，由于市区扩大，人口日增，为改进用水和消防事业，遂把兴建自来水厂列为“目前最为切要的公用事业”。1929年8月，成立自来水筹备处，水厂定名国民政府首都水厂，日供水规模4万立方米，水源取自长江夹江，厂址设在汉西门外蒲包洲，水厂由筹备处国内技术人员设计，主要设备材料购自国外，施工采用公开招标。1933年4月水厂开始对外供水。
国民政府首都水厂及其供水系统，均由国人发挥自己的聪明才智，借鉴当时欧美各国先进的给水技术和管理方法，自行设计，自行施工，不但出厂水质良好，而且制水工艺堪与当时国外水平相当，只因快滤池还未建成，所供之水为一般净化水。南京沦陷期间由日本人续建完成快滤池工程。日伪期间，先后由日商“兴中水电”和中日合资“华中水电”接管。从1941年9月，开始供应二级净化水。1945年抗战胜利后由国民政府收回。经1947年至1948年扩充，制水能力达到6万吨/日。1949年5月5日，由南京市军事管制委员会接管，改名为“北河口水厂”。
目前，建于1931年的老厂泵房、货栈和1939年的办公楼，1941年的快滤池、冲洗水塔均保持完好，其中泵房、快滤池等经过机器改造后，仍在使用，原办公楼已建为南京市供水历史展览馆。
建国60年来，经过多次维修改造，厂区内新建新添厂房设备、扩修道路、广植花草树木，特别是经过1987年至2006年的6次挖潜改造，制水能力达到从30万吨/日到总规模120万吨/日。使其进入大型水厂的行列，担负着南京市区一半以上(55%)的供水，其出厂水质高于国家饮用水标准。