Παρά την εξαιρετική στρατηγική θέση της ανάμεσα στον Κεράτιο κόλπο και στη θάλασσα του Μαρμαρά, πάνω στο θαλάσσιο δρόμο που συνέδεε τη Μαύρη θάλασσα με τη Μεσόγειο, η πόλη του Βυζαντίου, αυτή η αρχαία ελληνική αποικία, μειονεκτούσε σημαντικά στο θέμα της εξασφάλισης φρέσκου πόσιμου νερού, αλλά και νερού για λουτρά και λόγους αναψυχής.
Ο μικρός ποταμός Λύκος και άλλες δευτερεύουσες πηγές, καθώς και τα τοπικά πηγάδια, δεν μπορούσαν να εξυπηρετήσουν τον πληθυσμό καθ’ όλη τη διάρκεια της ιστορίας της πόλης. Σε μια πόλη χωρίς ποτάμια, με λίγες πηγές, όπου το βρόχινο νερό εξαντλούνταν γρήγορα, το πρόβλημα του ανεφοδιασμού ήταν κρίσιμο και μόνιμο.
Ήδη από την πρώιμη περίοδο το νερό έφτανε στην πόλη από την ευρωπαϊκή ενδοχώρα και στη συνέχεια αποθηκευόταν σε κινστέρνες και διοχετευόταν σε κρήνες.
Το οξύ πρόβλημα του ανεφοδιασμού με νερό παρακίνησε το Ρωμαίο Αυτοκράτορα Αδριανό (117-138) να χτίσει ένα υδραγωγείο βασισμένο στο νόμο της βαρύτητας, το οποίο μετέφερε νερό από την περιοχή που σήμερα αποκαλείται Halkali, περί τα 15 χλμ. βορειοδυτικά της αρχαίας πόλης.
Το πρόβλημα έγινε ακόμη πιο εμφανές όταν το 324 ο αυτοκράτορας Κωνσταντίνος Α΄ αποφάσισε να ιδρύσει την ομώνυμη πόλη του και νέα πρωτεύουσα της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας στη θέση του Βυζαντίου.
Με την ίδρυση της Κωνσταντινούπολης το 330, οι ανάγκες σε εξασφάλιση και αποθήκευση φρέσκου νερού μέσα στα τείχη της πόλης αυξήθηκαν ιδιαίτερα.
Μεγάλες ποσότητες νερού κατανάλωναν το αυτοκρατορικό Παλάτιο και τα λουτρά.
Το σύστημα ύδρευσης της Κωνσταντινούπολης βασιζόταν κατά πάσα πιθανότητα κυρίως στο υδραγωγείο του Αδριανού.
Περί τα τέλη του 4ου αιώνα ο αυτοκράτορας Ουάλης (364-378) επιδιόρθωσε το υδραγωγείο που είχε φτιαχτεί από τον Αδριανό – το τμήμα του που διατηρείται σήμερα μέσα στην πόλη είναι γνωστό ως Υδραγωγείο του Ουάλη. Μολαταύτα, η πόλη συχνά παρουσιάζεται σε περιγραφές να υποφέρει από λειψυδρία.
Την εποχή του αυτοκράτορα Ιουστινιανού (527-565) ένα σύνθετο δίκτυο από αγωγούς έφερνε νερό από τα δυτικά, από το δάσος του Βελιγραδίου, απόσταση μεγαλύτερη από 250 χλμ. Τα δύο ποτάμια στο δάσος, που είναι γνωστά ως τα «Γλυκά Νερά» της Ευρώπης, παρείχαν τουλάχιστον διπλάσια ποσότητα νερού σε σχέση με τις πηγές στην περιοχή του Halkali. Περίπου τριάντα λίθινες γέφυρες και εκατοντάδες χιλιομέτρα υπόγειων στοών σώζονται ακόμη στους δασώδεις λόφους της Θράκης και τουλάχιστον δύο υπόγεια κανάλια μετέφεραν το νερό στην Κωνσταντινούπολη.
Αν και ορισμένες μικρότερες γραμμές εφοδιασμού νερού προστέθηκαν σε μεταγενέστερες περιόδους, η εσωτερική δομή του υδροδοτικού δικτύου σταδιακά κατέρρευσε και, ήδη περί τον 6ο και 7ο αιώνα, οι κινστέρνες αποτελούσαν το σημαντικότερο μέσο για την παροχή νερού στην πόλη.
Περί τον 7ο αιώνα απαιτούνταν πολλές δεξαμενές νερού, όχι μόνο για πόσιμο νερό και για τις ανάγκες των οικιών, αλλά και για τα λουτρά, για την περιορισμένης έκτασης άρδευση και την κίνηση των μύλων και για τα αυτόματα.
Η μεσοβυζαντινή Κωνσταντινούπολη απέκτησε πρόσθετες κινστέρνες, οι περισσότερες από τις οποίες ανήκαν σε μοναστήρια και σε εύπορα νοικοκυριά. Κατά τη διάρκεια της Λατινοκρατίας στην Κωνσταντινούπολη (1204-1261), η πόλη συρρικνώθηκε τόσο ως προς τον πληθυσμό όσο και ως προς τον πραγματικό χώρο χρήσης του άστεως. Εξαιτίας της γενικότερης εγκατάλειψης των συστημάτων ύδρευσης και αποχέτευσης, η υδροδότηση στην υστεροβυζαντινή Κωνσταντινούπολη δεν αποκαταστάθηκε ποτέ, ούτε ως προς την έκταση ούτε ως προς την ποσότητα του νερού.
Όταν οι Οθωμανοί κατέλαβαν την πόλη, το παλαιό υδροδοτικό σύστημα παράκμαζε, αν και το επονομαζόμενο Υδραγωγείο του Ουάλη επιδιορθώθηκε και προστέθηκαν νέα, ανεξάρτητα δίκτυα υδροδότησης.
