调水局由原“水利部南水北调规划办公室”沿革而来。1978年，在水利部南水北调规划小组的基础上，由水利电力部[78]水电规字第168号文批准成立“水利部南水北调规划办公室”。

1979年水利部《关于加强南水北调规划工作及成立南水北调规划办公室的通知》（[79]水规字第57号），明确南水北调规划办公室的任务是：“统筹各线调水规划工作，并对整个南水北调的规划进行综合研究”。

1992年1月，水利部《关于南水北调规划办公室由部直接管理的通知》（[92]水人劳1号），将水利部南水北调规划办公室由水利水电规划设计总院代管，改为由部直接管理。

1995年5月，水利部《关于变更水利部南水北调规划办公室管理体制的通知》（水人教[1995]172号），将原水利部南水北调规划办公室由部直接管理，改为与水利水电规划设计总院合署办公，一个机构，两块牌子。

1997年5月，中央机构编制委员会办公室以中编办字[1997]73号文件批复，将水利部南水北调规划办公室更为现名，核定事业编制50人。1999年5月，水利部《关于南水北调规划办公室更名及管理体制调整问题的通知》（水人教[1999]270号），将水利部南水北调规划办公室更为现名，由水利水电规划设计总院代管。

2003年2月，水利部《关于明确南水北调规划设计管理局管理体制及“三定”方案的通知》（水人教[2003]71号），决定南水北调规划设计管理局为部直属事业单位，不再由水规总院代管，核定事业编制40人。

2011年3月，水利部《关于水利部南水北调规划设计管理局主要职责内设机构和人员编制的批复》（水人事[2011]94号），明确南水北调规划设计管理局除继续承担南水北调前期工作的组织、协调和管理职责外，增加承担南水北调运行具体管理工作和全国跨流域调水工程相关工作的职责。

2019年9月,水利部《关于印发水利部南水北调规划设计管理局主要职责机构设置和人员编制方案的通知》（水人事[2019]265号），明确南水北调规划设计管理局主要承担大型调水工程规划设计以及南水北调工程运行和后续工程建设相关论证评估、技术支持、信息统计等工作。