El inicio del siglo XX supuso una importante explosión demográfica en la ciudad de Madrid que se tradujo en un significativo incremento de la demanda de agua. En esa coyuntura, el recién nombrado director de Canal de Isabel II, Ramón de Aguinaga, se dio cuenta de que el embalse de El Villar (el único en servicio para abastecer a Madrid) podía resultar insuficiente si se volvían a producir situaciones de sequía como en años anteriores.

Para evitar este escenario, y tras haber descartado el aumento de capacidad de El Villar por motivos técnicos, en 1910 quedó redactado el proyecto de construcción de una nueva presa: Puentes Viejas. Se ubicaría aguas arriba de El Villar, también en el Lozoya. De esta forma, las aguas de una podrían trasvasarse a la otra siguiendo el curso del río o, por el contrario, derivarse directamente al canal transversal, sin necesidad de pasar por El Villar. La interconexión entre los embalses se planteó también como una forma de minimizar los episodios de turbidez que sufría el Lozoya.

Puentes Viejas debe su nombre a dos pontones que permitían entonces cruzar el río. De tipología de gravedad de planta curva, sus obras se llevaron a cabo en dos fases. En la primera, finalizada en 1922, la presa alcanzó unos 44 metros de altura. Esto generó un embalse de 22 hectómetros metros cúbicos. Diez años después, cuando las circunstancias económicas volvieron a permitirlo, se acometió una segunda fase de recrecimiento que elevó la estructura por encima de los 60 metros y aumentó la capacidad de almacenamiento hasta los 53 hectómetros cúbicos, más del doble del volumen inicial.

En la construcción de la presa de Puentes Viejas se empleó maquinaria novedosa para la época, como las hormigoneras y apisonadoras eléctricas, que eran movidas gracias a la energía procedente de la central hidroeléctrica de Torrelaguna.

Ya a finales de siglo, en los años 90, se instaló a los pies del dique una central hidroeléctrica que permite generar energía mediante turbinas que son movidas por los caudales que se desaguan al río y que van a parar al embalse de El Villar.