Вже у 1948 році з'явився проект створення каскаду водосховищ та гідроелектростанцій на річці Дніпро. Головна мета створення Київського водосховища полягала у забезпеченні електроенергією населених пунктів, які на той час не мали доступу до електрики. Планувалося також створити рекреаційну зону в майбутньому.
У кінці 1959 року розпочалось будівництво Київської гідроелектростанції у районі міста Вишгород. Паралельно розпочали будівництво великого водосховища. Цей проект передбачав затоплення значних площ земель та поселень, багато з них мали важливу історичну спадщину. Мешканців цих поселень планували переселити в інші місця.
При наповненні водосховища було затоплено значну кількість сіл, переважно на лівому березі Дніпра. Серед них були Старосілля, Сваром'я, Ошитки, Тарасовичі, Чернин, Новосілки-на-Дніпрі, Окунінове, Новий Глибів, Старий Глибів, Бірки. Також на правому березі були затоплені кілька сіл, зокрема Борки, Толокунська Рудня, Ротичі, Домантове.
Будівництво водосховища тривало 5 років і залучало значну кількість робочої сили та потужну техніку. Під час будівництва було вивезено понад 16 мільйонів кубічних метрів ґрунту, а для створення греблі та дамби було використано понад півмільйона кубометрів бетонного розчину.
У 1964 році почалося заповнення водою цього великого водосховища, а остаточно воно було заповнене у 1966 році. В результаті близько 92 000 гектарів землі та 52 населені пункти були затоплені, а близько 33 тисяч людей змушені були покинути свої домівки.
Водосховище простягається по Дніпру від Вишгорода до села Дніпрова, по річці Прип'ять - від гирла до міста Чорнобиль, і по річці Тетерів - від гирла до села Богдана.
Площа водосховища перевищує 922 км², довжина становить близько 110 км, а найбільша ширина досягає 12 км, з місцями, де вона становить до 3 км. Найбільші глибини (до 15 м) знаходяться біля греблі, середня глибина (4,1 м) і мілководдя (до 2 м) займають майже половину площі водосховища. Найвище за течією дніпровське водосховище.