主要建筑有挡水的有主坝2座、副坝5座、2条输水隧洞、3个大型溢洪洞、2座发电站、1座大型调节池和1条密云至北京引水渠。 潮河主坝位于南碱厂村西南约100米处，为壤土斜墙、沙砾料坝体的碾压式土坝。坝基覆盖层厚14米，采用壤土齿槽防渗，糟底基岩进行帷幕灌浆。坝顶高程160米，最大坝高56米，坝顶长1008米，宽8米。填筑土石方506.2万立方米，投资2505万元。
白河主坝位于溪翁庄村北1公里处，为壤土斜墙、沙砾料坝体的碾压式土坝。坝基防渗采用壤土齿槽，粘土、水泥灌浆帷幕及混凝土防渗墙等3种方法。坝顶高程160米，最大坝高66.4米，坝顶长960.2米，宽8米。填筑土石方1101.7万立方米，投资5141万元。 五座副坝分别在北白岩、走马庄、南石骆驼、西石骆驼、九松山等地，总长2592米。除走马庄副坝为心墙和均质土坝外，其他大坝均为碾压式粘土斜墙坝，坝面衬砌石块。主副坝填筑石方总计为1888万立方米。
九松山副坝位于潮河主坝西2.5公里处，为壤土斜墙、沙砾料坝体的碾压式土坝口副坝跨越5个垭口，自西向东分别定为1号至5号坝段，坝顶总长1059米，1号坝最高为35.5米。填筑土石方123.2万立方米，投资503万元。
北白岩副坝位于白河主坝西1.5公里处，为壤土斜墙、碎石透水料坝体的碾压式土坝。坝高15.7米，坝顶长120米。填筑土石方3.9万立方米，投资24万元。
走马庄副坝位于白河主坝东1.5公里处，为壤土心墙土坝。有5个垭口，依次分为1号至5号坝段，最大坝高39米，坝顶总氏519. 3米。填筑土石方50.8万立方米，投资287万元。
西石骆驼副坝位于石骆驼盆地西垭口中，分2个坝段，分别采用斜墙坝和心墙坝两种坝型。最大坝高20.1米，坝顶总氏220米。填筑土石方8.7万立方米，与南石骆驼副坝共用资金315万元。
南石骆驼副坝位于石骆驼盆地南部二甲峪村北的台地上，自右坝头向左350米处埋设有出口直径70厘米的输水管道1条。坝长637米，最大坝高26.9米。填筑土石方38.8万立方米。 1951年即开始着手密云水库的规划和勘测工作。1956年7月，北京水利勘测设计院在《海河流域水能规划要点》中将修建密云水库列为治理海河的首批工程，并于1957年11月提出在第三个五年计划期问修建密云水库的具体规划。1958年6月26日，国务院总理周恩来亲临密云勘察并确定了潮、白河主坝坝址。6月底，国务院作出了于1958年修建密云水库的决定。
密云水库山清华大学水利水电勘测设计院设计，北京市水利勘测设计院协助设计，设计负责人为清华院的张光斗教授和北京院的冯寅总工程师。水利工程按Ⅰ等工程设计，设计洪水重现期为1千年，校核洪水重现期为1万年口土坝按Ⅰ级建筑物设计，溢洪道按Ⅱ级建筑物设计，隧洞、电站按Ⅲ级建筑物设计。土坝及溢洪道按地震裂度8度设防，南石骆驼副坝因有二甲峪大断层穿过按8.5度设防，其他建筑物按7度至7.5度设防。
1958年7月，来自河北省的密云、怀柔、平谷、延庆、蓟县、止河、宁河、武清、安次、大厂、香河、宝取、遵化、五田、卢龙、抚宁、昌黎、霸县、回安、永清和北京市的顺义、通州、大兴、周日店、昌严、海淀、朝阳、丰台等28个县区共20.6万民工参加施工。其中密云县参建人数达5200余人。9月1日，在潮河工地九松山举行开工典礼，正式动工。经过工程技术人员、民工和1万余解放军折战员的艰苦奋战，1959年9月拦洪，1960年9月竣工。 1976年7月28日唐山大地震，导致白河主坝水下砂砾石坝坡保护层液化滑脱，滑脱面6万平方米，塌滑方量15万立方米。震后水电部与北京市立即组成密云水库抗震防汛指挥部，对水库原有各项工程按防震、防洪与防灾的止防要求彻底加固。加固中，全部清除了白河主坝易液化的砂石保护层，另换碴石材料，并把原粘土铺盖的斜墙加厚。其他主、副坝也做了加固处理，同时增建1座溢洪道、3条泄水隧洞和1座1万千瓦的电站。工程由清华大学，水电部第二、第十三工程局设计，以白河主坝加固为重点，以机械化施工为主。参加施工的有密云、顺义、通县民工1万余人和市水利工程总队、铁道兵、北京卫戍区及水利电力部第二、四、五、七、十三工程局、石泉工程分局的1万余名工人、干部、解放军指战员口白河主坝加固工程于1977年11月21日全向完成。
密云县人民为修建密云水库做出了巨大牺牲和贡献。库区内20.7万亩良田被淹没，65个村庄搬迁，有11536户、56908口人由党和政府妥善安排了生产和生活。 新中国建立之初，密云县仅有林地20万亩，占全县总面积的5.98%。密云水库建成后，密云开始了长达半个世纪的植树造林、风沙源治理、绿化荒山、爆破造林，使林木覆盖率达到了64.3%，水库水源涵养区林木覆盖率更是高达72.3%。 为了实现对水源水质的零污染，密云在全县范围内推广“三治五化”（“三治”即治理垃圾、治理污水、治理脏乱；五化是指村庄实现净化、绿化、硬化、美化、亮化），大力发展沼气、秸秆气、太阳能热水器等清洁能源。
至20世纪80年代中期，保水的任务也就更重，密云版图的2/3都成了水源保护区。1985年，北京市公布《两库一渠保护条例》，规定密云水库流域禁止上水利工程以外的任何项目。在很短的时间内，50多家企业被关闭，80多个在建项目被停办。
至2011年，为了确保密云水库不受污染，密云县还提出了护水、护河、护山、护林、护地、护环境的“六护”举措，成立了由7000名护林员、2000余名管水员和村级保洁员、300余名巾帼护绿队组成的环保队伍。密云水库周边，各乡镇成立的水环境保护队已吸纳了1800多名本地居民，做到每85米库滨带就有一名村级保洁员，他们每天工作6个小时以上。
经多年卓有成效的水源保护，形成了密云优美的自然环境，库区空气中负氧离子含量高于市区40倍，空气质量常年保持在一级，密云水库也成为北京唯一无污染的饮用水源，水体质量达到可直接饮用的二级标准。
2014年，密云县从各单位组织了12566人，建立起护水、护河、护山、护林、护地、护环境的“六护”机制，全县各镇都有一名副镇长专管水源保护工作。在水库周边，各镇组建了密云水库保水巡查队，各村也都成立了保水员队伍。
为保证库区环境安全，密云县将建设长398公里的围网，对水库实行封闭管理。封闭管理后，库区高程160米以下列为“水库一级保护区”，保护区内严禁垂钓、烧烤、游玩观光和无证捕捞等活动，严禁新建与水源保护无关的各类设施。同时，一级保护区区域内村庄将不允许接纳外来人口。 密云水库以山灵水秀，景象万千而吸引游人，成为京东著名的旅游风景区之一。水库大坝巍峨，湖面辽阔。
库旁的各式建筑，隐现在青山绿水之中，恰似仙宫琼阁。水库白河大坝西北有一座海拔900多米高的山峰，名叫五座楼筑，有五座烽火台，气势雄浑。
密云水库是北京著名的鱼乡，名菜有的“侉炖鱼”（用水库水炖的鲜鱼），还有贴饼子和其他农家菜：葫芦条炖肉、豆腐粉条炖白菜干、炒卤水豆腐等等。
交通路线：可至东直门长途汽车站乘东密豪华城巴车到密云汽车站后，再换乘到密云水库的专线车。
