До конца XIX века на всей территории Москвы существовала вывозная система удаления нечистот. Выгребные ямы, где они скапливались, представляли собой деревянные срубы, обмазанные для гидроизоляции глиной, и не могли предотвратить загрязнения почвы и воды в питьевых колодцах.
Домовладельцы прибегали к разным мерам, чтобы избавиться от нечистот: устраивали спуски в водосточные трубы, в естественные водоемы, а во время дождей жидкие отходы спускались прямо на улицы, распространяя невыносимое зловоние. Сюда добавлялись стоки и от многочисленных фабрик, мастерских, бань.
Такое положение дел с удалением нечистот не могло удовлетворять городские власти. Инициатором постановки вопроса о канализовании Москвы стал инженер-гидротехник, отставной штабс-капитан М. А. Попов, представивший в 1874 году в городскую Думу "Проектные предначертания канализации г. Москвы». В них предлагалось канализовать город в границах Камер-Коллежского вала по общесплавной системе, т. е. обеспечить прием в канализацию и хозяйственно-бытовых и дождевых стоков. Несмотря на высокую оценку проекта, его рассмотрение затянулось на 13 лет. Главная причина такой медлительности заключалась в том, что проект, при всей своей социальной значимости, не обещал большой коммерческой выгоды, так как канализацию в Москве предполагалось строить на средства города с широким привлечением заемного капитала. 
Более привлекательным с экономической точки зрения был признан проект городских инженеров В. Д. Кастальского, Н.М. Левачева, П.Л. Николаенко, А.А. Семенова, В.К. Шпейера, П.В. Трунина. Они предложили канализовать Москву по раздельной сплавной системе, при которой в канализацию поступают хозяйственно-бытовые и фабричные стоки, а атмосферные воды – в водосток и далее без очистки, в водоемы. 
В феврале 1892 году в московской городской Думе этот проект был утвержден. Началу строительства предшествовали большие подготовительные работы и решение так называемого "земельного" вопроса.
О том, насколько дорого городу обошлась земля, свидетельствует тот факт, что только сумма процентов, выплаченных землевладельцам, превысила предусмотренную проектом стоимость устройства канализации.
Работы по прокладке канализации начались в сентябре 1893 г.
17 июля (по новому стилю 30 июля) 1898г. 1-я очередь московской канализации вступила в строй. К системе канализования было присоединено 219 домовладений.
В этот день состоялся пуск Главной насосной станции, которая была предназначена для перекачивания городских сточных вод на Люблинские поля орошения, где происходила почвенная очистка стоков и которые использовались также для выращивания сельскохозяйственных культур. На полях орошения были оборудованы химическая и биолого-бактериологическая лаборатории.
С 1914 г. из-за значительной перегрузки поля орошения были переведены на режим полей фильтрации т. е. без выращивания сельскохозяйственных культур. В дополнение к ним были созданы Люберецкие поля фильтрации.
В 1917 г. канализация обслуживала лишь 28% домовладений, причем большинство из них располагалось в центре города. О канализовании окраин города пока не было и речи.
С устройством канализации уменьшилась общая смертность – с 30,9-38,6 человек на 1000 жителей в 1870-71 гг. до 15,1 в 1909 году, когда к канализации было присоединено около 30 тыс. владений, резко уменьшилась смертность от брюшного тифа. 
В годы довоенных пятилеток ускоренное развитие промышленности, рост населения и расширение территории города обусловили быстрое развитие и совершенствование систем канализации. Почвенные способы очистки сточных вод, требовавшие больших земельных площадей, уже не могли обеспечить очистку все возрастающего количества стоков. В конце 20-х годов, в связи с достижением предела производительности полей фильтрации, специалисты московской канализации приступили к освоению новых методов очистки на небольших станциях аэрации. В 1929 г. была введена в эксплуатацию первая в нашей стране станция интенсивных методов очистки городских сточных вод - Кожуховская станция аэрофильтрации, на которой впервые были предусмотрены специальные очистные сооружения: песколовки, отстойники, аэротенки, метантенки. Кожуховская станция на долгие годы стала образцом для проектирования, строительства и эксплуатации отечественных станций очистки городских стоков.
Вторая половина 30-х годов ознаменовалась масштабным строительством объектов канализации – Юго-Западного, Хапиловского, Измайловского, Яузского каналов, крупных коллекторов. К 1940 г. были построены районные очистные станции аэрации - Филевская, Закрестовская и Люблинская.
В это же время впервые в России была освоена технология сбраживания осадка, позволяющая получать биогаз, который сжигался в котельной с выработкой тепла.
Первой из крупных станций аэрации стала Люблинская станция производительностью 500 тыс.куб.м в сутки (1938г).
Проектирование Курьяновских очистных сооружений производительностью 500 тыс.м3/сут осуществлялось в период с 1936г по 1938г. В 1939г были начаты подготовительные работы, прерванные Великой Отечественной войной. Строительство станции возобновилось в 1947г. 18 декабря 1950г первые кубометры сточных вод поступили на сооружения механической очистки, а в 1952г заработали биологические сооружения.
В 70-х годах были построены два блока Новокурьяновской станции аэрации мощностью 1 млнкуб.м/сут каждый, где впервые был предусмотрен процесс доочистки сточных вод с последующей дезинфекцией гипохлоритом натрия. Высокое качество дочищенной воды позволяло использовать ее после дезинфекции для технических целей на промышленных предприятиях, для чего предусматривалось создание системы промышленного водоснабжения. Все емкостные сооружения Новокурьяновской станции аэрации были выполнены в сборном железобетоне.
На сегодняшний день Курьяновские очистные сооружения являются крупнейшим в Европе природоохранным комплексом, занимающим территорию 160 га. Его проектная мощность составляет 3 млн. 125 тыс.куб.м сточных вод в сутки, поступающих с северо-западных, западных, юго-западных, южных, юго-восточных районов г. Москвы и прилегающей территории Подмосковья.
В 60-х годах XX века на месте Люберецких полей фильтрации началось строительство современных очистных сооружений - Люберецкой станции аэрации.
В августе 1963 г. была пущена в эксплуатацию 1-ая очередь очистных сооружений мощностью 600 тыс. куб. м/сутки. До конца 90-х годов поэтапно вводились новые блоки сооружений, их суммарная производительность составила 3 млн. куб. м/сутки. В этот период особое внимание при проектировании новых сооружений уделялось совершенствованию процессов биологической очистки сточных вод за счет внедрения современных прогрессивных технологий и оборудования.
В 1970-х годах протяженность городской канализационной сети составляла 5 тыс. км. В 1965-1980 гг. в эксплуатацию вводилось более 70 км канализационных сетей в год.
90-е годы прошлого века стали переломными в решении вопросов обработки осадка. На основе современного оборудования и технологий в Москве был создан мощный комплекс механического обезвоживания осадка городских сточных вод. Это позволило кардинально решить вопрос переработки осадка и утилизации осадка сточных вод с последующей рекультивацией территорий иловых площадок и передачей их под жилищное строительство.
В XXI век Мосводоканал вступил, развернув масштабные работы по модернизации канализационного хозяйства, совершенствованию технологий очистки сточных вод, обработки и утилизации осадков, внедрению "зеленых" технологий.
