Alors que les Romains amenaient l'eau dans la ville depuis des sources par des aqueducs, les hommes des temps médiévaux prirent l'habitude d'acheter cette eau à des marchands qui la puisaient dans la Garonne. Cela conduisait le plus souvent à des problèmes de quantité et surtout de qualité de cette eau.

En 1789, le capitoul Charles Laganne légua 75000 pièces d'or à la ville afin qu'elle installe un système permettant d'obtenir une eau de qualité aux fontaines de la ville. le nouveau système n'entra cependant en fonctionnement qu'en 1828 après la construction du château d'eau situé à l'entrée du Pont-Neuf (proche du Cours-Dillon) et l'aménagement de filtres en amont (aujourd'hui prairie des filtres) permettant de débarrasser l'eau prélevée dans la Garonne de ses boues. Le château d'eau, entièrement construit en briques, possède une architecture en trois niveaux : un soubassement circulaire vaste dans lequel l'eau est aspirée puis propulsée vers les réservoirs, une partie centrale en forme de tour percée d'ouvertures sur trois niveaux et terminée par une balustrade, un lanternon couvert d'ardoises.

Très rapidement cependant, l'augmentation de la population de la ville de Toulouse (et donc de la consommation en eau) rendit le Château d'eau insuffisant. Il est transformé en dépôt d'outillage pour la muncipalité. Sauvé par son classement comme Site historique en 1943, il devient en 1974 grâce à l'action du photographe toulousain Jean Dieuzaide un musée consacré à la photographie. Des travaux en 1984 (aménagement de la salle des machines) puis en 1989 (nouvel espace sous l'arche sèche du Pont-Neuf) ont permis d'augmenter la superficie consacrée aux expositions jusqu'à 600 m² tout en permettant d'observer la machineries et l'architecture du bâtiment.