水资源是人类生存发展的根本资源，其质与量的高低深刻影响人类社会的发展程度。尤其在人口繁杂的城市之中，供水系统建设对城市发展特别的重要。清末民初，随着西方市政建设对中国影响的深入，政府为解决北京的用水问题自主筹备、动工修建自来水系统。这不但有效缓解了北京的用水问题，也成为中国城市近代化的重要象征。
北京自古以来就是华北重镇，在元明清成为王朝首都后其重要性逐渐增强，因而人口也随之迅速增加。在乾隆四十六年（1781年）的官方统计中，相当于今二环内的北京城里已有98.7万人。如此人口规模必然产生庞大的水资源需求，但是北京的自然条件却决定了其水资源并不发达。坐落于华北平原，北京的降水较少且季节性明显，旱涝频发。另外所处位置的地理变迁及频繁的人类活动使得大量沉积物渗入河水和地下水，使水质变硬。在自来水系统出现以前，北京居民用水都取自河水或井水，而城中河水基本都受到污染，因此北京城内居民多通过打井引地下水作为主要的生活用水。
自然条件使北京的井水水质较差，首先由于矿物质含量较高而普遍有咸苦味，各地土质也形成“甜水少、苦水多”的总体现象。钻井技术落后致使城市内的水井大多汲水很浅，井水基本取自于受污染且水质较差的地下水上层。除了达官贵人能够享受到运入城内的泉水和地质较好的“甜水”外，普通百姓大多只能以“苦水”作为日常用水。有人记录道：“京师井水多苦”且“最不适口”，其水质较硬如“茗具三日不拭”则“满积水碱”，使人只能感叹“移将苦水成甜水，唤作苏州是蓟州”，可见此时期北京居民的饮水质量很差。北京多苦水还促成出现了专门以卖甜水为职业谋生的人群。《燕京杂记》记录道：“水苦固不可饮，即甜者亦非佳品，卖者又昂其价。”（杨法运、赵筠秋主编：《北京经济史话》，北京：北京出版社，1984）昂贵的价格使普通人家无法负担只使用甜水的成本，只好将甜水和苦水掺杂起来使用，称之为“二性子水”。清末一首竹枝词形象地描绘了此类现象：“驴车转水自城南，卖向街头价熟谙。还为持家参汲井，三分苦味七分甘。”（张宗平、吕永和译：《清末北京志史料》，北京：北京燕山出版社，1994）那时的普通北京家庭常备三种水，井中完全的苦水用来洗衣清洁，如同调制鸡尾酒一样的“二性子水”则用来做饭及日常饮用，而宝贵的甜水则用来沏茶喝及在重要场合使用。总的来看，北京“一切食用之水，胥仰给予土井，使用不便，质味恶劣”，严重影响了居民生活品质，而且直到清末也没有实质性改善。
近代以来在西方的影响下，各地沿海通商口岸如天津、上海以先租界后华界的顺序建设城市自来水供水系统。显著改善了居民的用水环境：“自来水随便什么时间都能取携，用之不竭，水清价廉，与从前民间用水，相差极大。”（《自来水》，申报，1884年2月15日）自来水卫生且便捷，一方面能够提升居民的生活品质，另一方面也能适应近代化城市消防、工商业的发展，因此北京自来水系统的建设显得很必要和紧迫。
进入20世纪初，北京供水不足问题进一步引起各方人士重视。光绪三十四年（1908年）北京连续发生火灾，清廷寻求防火方法，袁世凯称自来水为解决之道并获得政府支持。之后，农工商部几位大臣向清廷上折奏请在北京筹办自来水事宜：“京师自来水一事，于卫生、消防关系最要，迭经商民在臣部禀请承办……为京师切要之图，亟宜设法筹办。”（《农工商部溥颋等奏请筹办京师自来水调员董理以资提倡折》《北京自来水公司档案史料》，北京：北京燕山出版社，1986）此建议很快得到批准，之后农工商部再次上折请示筹办自来水公司的办法：推荐因经营实业而闻名的周学熙为公司经理主持筹办，将公司命名为“京师自来水公司”，性质为官督商办，此提议也很快获得批准。同年，北京自来水系统的建设以自来水公司为载体正式展开，但从开始就面临诸多困难和问题。
自来水公司首先面对的是资金问题。清末国力衰微，财政状况更是捉襟见肘。公司只得采取招商集股的方式筹集资金，随后发行300万元股票，分为30万股，每股10元。比较特别的是，自来水公司明文规定不接受外国人的投资，章程写明：“本公司专辑华股，不附洋股。凡系本国人民，无论官绅商庶均可入股，一律享股东之权利。其有华人影射洋股者，一经查觉，立将该股注销。”（《自来水公司招股章程》《北京自来水公司档案史料》，北京：北京燕山出版社，1986）可见当时国人的主权心态。后经过多方努力，自来水公司终于招满30万股，得以开始运营。
初始资金困难解决之后接踵而至的则是设备问题。此时中国因技术落后无力自产设备，只得向外国购买。清末的中国，列强势力盘根错节，对中国自己兴办实业十分警惕，想方设法插手控制。听闻中国要兴办自己的自来水系统，“津沪等处华洋各商争订机器，巧揽强售，诡计百出，其开价率在二三百万两以外”（《自来水公司为签订合同事与农工商部往来函》《北京自来水公司档案史料》，北京：北京燕山出版社，1986），妄图通过哄抬机器价格阻碍北京的自来水系统建设。公司CEO周学熙静观其变，派员详细考察能够给大家提供设备的数十家公司，最终同“所陈方法当属切实，所开价单亦大致不差”的德国瑞记洋行签订设备及工程合同。据此合同约定，农工商部认为第二年春季就能完成出水。但是外国公司只计自身利益，对中国的自来水系统建设不负责任，因此建设过程很快出了问题。首先是进口器材的运送，包括水厂主体工程水塔在内基础器材的运送屡次延期，连建造用的图纸都没有按时交付。经自来水公司多次催促，年底才将小部分水管运送至中国。此外，即使运送过来的器材也有很多质量不合格、不配套的问题，用之势必引发事故。宣统元年（1909年）12月，东直门水厂水塔在试水时突然炸裂，事后调查得出的结论竟然是，存在质量上的问题的水管在安装前就已经损坏。瑞记洋行还将很多残次品混入产品之中，造成自来水公司很大损失，也拖累了相关建设。但无奈中国没有能力生产相关器材，只得忍痛买下所有设备。
与购置设备同步进行的则是重要的水源探寻工作。北京城内水质低劣，不在考虑范围以内，自来水公司在北京周边四处寻访水源，最终选择以孙河作为水源地。巡防员记录道：“经了许多日子，费了许多心力，才找到京北孙河这一个水源。原来孙河的水，味儿是甜的，又顶干净，比别的地方水强多咧。”（《介绍自来水概括广告》《北京自来水公司档案史料》，北京：北京燕山出版社，1986）孙河地理条件优越，周边没有污染源，水量稳定且水质良好，因此成为水厂来源的首选。确定孙河水作为水源后，京师自来水公司在孙河和东直门两地建造了两座水厂。孙河水厂建有取水泵房和锅炉房，取水房中有水泵将河水抽到净水厂。河水在净水厂中经过自然沉淀和过滤后流入清水池，再用水泵抽到东直门水厂。东直门水厂是向城市供水的主要节点，水厂将孙河初步净化的水进一步加工成为自来水成品。东直门水厂再通过主管道和支管道送往千家万户。在北京自来水厂建设过程中，瑞记洋行试图窃取利润，在工程预算中做手脚，提高预算价格。自来水公司负责人周学熙不但在理财上精打细算，而且对各个建设环节了如指掌。对瑞记洋行提高预算费用的无理要求用大量事实逐一辩驳，这种专业的能力让自来水工程取得较高质量且按时完成。此自来水系统在北京运行近半个世纪，在直供北京市民饮用水中发挥了重大作用。
在北京自来水系统建设中还遇到其他困难。例如在铺设安装水管方面，时遇光绪帝和慈禧太后相继去世，属于“大丧”，必须举行庄重且繁杂的典礼，有必要进行多次排练，还要在北京城内举行隆重的出殡仪式。与此同时，京师自来水公司也在城内要道大量挖沟埋管。宣统元年，自来水公司接到清政府政府要求：为配合排练，自来水公司要快速完成手上的工程，不能按时完成则要停工并将道路恢复平整，待典礼结束后再挖开重修。这必然极度影响了工程的进度。另外，在东直门外安装水管时也遭到了部分宗室以管线可能会经过其祖坟为理由阻挠，甚至将官司打到了宗人府。最后自来水公司只得多铺设管线绕过宗室祖坟地带，造成不必要的麻烦和花销。负责工程的外国工程师对自来水工程敷衍塞责，对北京真实的情况也不了解，更不可思议的是监守自盗的情况出现。无奈中国没有有关技术人才，只得忍气吞声。
经过各方的艰难努力，自来水系统在开建后的22个月即宣统二年（1910年）二月终于向北京城内供水，翻开了北京城市发展的新篇章。始料未及的是自来水不为市民所了解，原先挑水的水夫形成的公会也为自身利益博弈，阻碍自来水的推广。自来水公司有明确的目的性地借其官方背景，以积极开宣讲会、免费赠水等方式扩大用户规模，同时将水夫经营的水井改建为饮用水水源点，使其向无力安装水龙头的用户送水。自来水系统建成后第二年清朝覆亡，京师自来水公司改称“北京自来水股份有限公司”，归北洋政府农商部管辖，体制机构基本没有变化。民国初年自来水的推广进一步深入，各类用户用水量剧增，自来水公司为扩大业务购置了运水车送水。这自然进一步触动了水夫的利益，井业公会和自来水公司竞争不断。虽然自来水公司制水更卫生且有所保障，但由于安置水龙头费用过高，使得北京形成自来水和传统井水并重并行的局面。直至新中国成立后，北京城内的自来水才真正普及。
自来水不但改变了北京城市传统的供水方式，也成为了城市近代化转型的象征，从多个角度影响着北京的城市发展。首先，自来水系统直接建构了北京的供水空间结构，形成了水厂、干管、支管、龙头的供水系统。从水源地的孙河水厂到供水中心的东直门水厂用两道全长14300米，口径为400毫米的钢管连接。东直门水厂处理好的自来水经动脉式的干管和毛细血管式的支管流到千家万户，建设初期水管总长度约20多万米，并有480多个水龙头实现供水。此系统共同构成了北京市政水网的初步形态，成为之后北京近代化市政的重要组成部分。
自来水的逐步普及带来的直接影响是普及了卫生饮水知识。北京人口众多，自然条件使水源质量较差且容易受到污染，很不利于卫生条件。有人形容北京“地居北部，气候亢燥，雨泽稀少，是天时有碍卫生；近郊二十里，无河流灌润，尘沙飞扬，是地利不适卫生”。自来水作为新生事物，起初在北京还受到有意或无意的诋毁，称自来水是“洋胰子水”“阴水”，使用饮用均对人有害。自来水公司积极宣传，用浅显的白话文广告向市民宣传自来水卫生知识。有人质疑自来水流动产生的水泡有害，广告称“就是这龙头乍放出来的水，带一点白色儿。这个白色，并不算得上什么毛病，拿着显微镜细细的瞧，全是极小的白水泡儿”（《自来水售水广告有关文件》《北京自来水公司档案史料》，北京：北京燕山出版社，1986）。针对自来水是“洋胰子水”的说法，自来水公司广告称“现在本公司用化学法，化验街上龙头放出的自来水，真正是性质纯良，十分清洁”。而且“于人的卫生上极为有益，大家吃着，没有不身体强健的”。这种宣传密切配合公司初期免费送水的策略，使更多市民在尝试饮用自来水后改变了饮用井水习惯，饮水卫生知识也得到普及。
自来水的普及同时也改变了城市的消防状况。虽然北京是“首善之地”，但消防用水状况在自来水普及前并不乐观。有记录称：“设遇火警，则杯水车薪，缓不济急，焦头烂额，于事无裨。若不设法改良，为患伊于胡底。”（《京师自来水有限公司启》，《大公报》，1908年6月29日）因此可见，消防用水需求也是北京建设自来水系统的最初动力。自来水系统初步建成后，自来水公司通过设立庶务、巡查等职务制度化参与消防事务，负责巡查火灾和保护水龙头，支持消防队工作。自来水发挥的消防功能得到了市民的肯定：“开市以来，消防之功，有目共睹，无庸再赘。”（《致〈白话报〉社等函》《北京自来水公司档案史料》，北京：北京燕山出版社，1986）官方人员如步军统领衙门称赞：“贵公司开办以来，四民受利，诚感诸公造福无穷。”（《步军统领衙门为妥商救火取钥放水事致自来水公司函》《北京自来水公司档案史料》，北京：北京燕山出版社，1986）北京自来水供水系统建设极大地提高了北京的消防水平，消防救援成为维护城市安全不可代替的重要力量。
城市的发展是国家发展的重要缩影，而以供水系统为代表的民生工程建设既决定了居民的生活品质，又体现了城市甚至国家的发展状态。在西方影响及现实需求下，北京自来水系统建设于清末民初以自来水公司为主逐步展开，虽然其中的建设过程困难重重、举步维艰，但最后逐步形成体系，也被民众逐步接受。自来水系统的建设改善了北京城内生产生活条件，成为城市近代化的显著体现。