桃園台地上有2萬2千公頃耕地，早年缺乏穩定水源，農民利用百分之一坡度的天然地形，鑿地築堤設置蓄水池塘，蓄積雨水，以利晴天引水灌溉農田，維持稻作生長，但因都是自鑿自用且各自為政，池塘與池塘間又缺乏連通水路，而無法調濟彼此間的虛盈，水量經常捉襟見肘無以為續。又加上桃園台地四季雨量分佈不均勻，颱風豪雨池塘滿水溢流，久旱不雨則乾涸見底，甚至被烈日曬到龜裂，灌溉用水枯竭，秧禾乾萎致死，旱害屢見不鮮，可以兩期作而順利收穫的寥寥可數，產量經常不及一般農田的一半，農村經濟萎靡不振，農民生活艱難，極度盼望能獲得穩定之水源。

日治時期，臺灣總督府派土木局技師狩野三郎、八田與一等進行調查、測量並完成了基本設計書，規劃在大嵙崁溪（現稱大漢溪）上游「石門」地方築一進水口，開鑿渠道引水入於台地，則2萬2千公頃耕地可獲得穩定之水源而成為兩期作之優良水田，對糧食增產，改善農民生活助益甚大。地方人士為此也多方奔走極力爭取，惟因渠道工程需開鑿隧道、架設水橋，穿越山嶺，橫渡溪谷，不僅規模浩大且所需經費亦甚為龐大，並未立即付諸實施，直至民國5年（1916），因日本國內糧食生產不足，總督府因增產糧食之急迫需求，決定以官設埤圳方式-總督府2/3、民1/3合資-引為全臺14處官設埤圳計畫之一；由總督府主導興築開設桃園大圳工程，期對增產糧食大有助益。當時計畫僅包括進水口一處、導水路0,467公尺、幹線25,376公尺、支分線258,872公尺，以人工開鑿興築，於5年11月開工，至11年4月導水路完工，13年支分線部分完工，同年5月26日通水開始灌溉台地上的耕地。依據桃園大圳三號隧道出口之「供養塔」碑文記載：「由是灌溉之利大開，平疇有藝，潤物孔多財用日足」，可見當時地方農民對桃園大圳之殷切盼望！

工程包括桃園大圳幹線及支分線，由臺灣總督府土木局施工，日本技師八田與一、狩野三郎主其事，臺日技術人員共同參與，於民國5年（1916）開工，至13年（1924）5月26日完工通水，計歷時8年。大圳隧道長15,707公尺，因地質軟弱且富含地下水，工程施工及後續維護非常困難；細砂和水常常一起流出，於16年（1927）第三號隧道的一部份，發生拱門的磚塊因土壓和水壓的關係而脫落，土砂把隧道埋沒，當時剛好為斷水期，就趁此機會，將隧道詳加檢查，凡有崩裂之虞的地方，皆用鋼骨水泥補充加強；利用每年5月的一個月及11月底起至隔年1月間約二個月的斷水期間，趕工修築，從21年（1932）動工，到25年（1936）完成。

當時官設埤圳工程並未包括貯水、給水設施，為達成完整的灌溉系統，於是運用民間人力及資源，於民國8年（1919）8月依「臺灣公共埤圳規則」第四條相關規定，成立公共埤圳「桃園大圳組合」，負責籌款及徵調人力，至17年（1928）完成蓄水池建設改善及各給水路的興建，共開設貯水埤池231個，小給水路846,486公尺、河水堰132處等工程。

桃園大圳是官設埤圳的最後一個工程，之後水利事業組織變革，於民國8年（1919）改稱公共埤圳，19年（1930）又改為水利組合，至26年（1937）官設工程全部免費移交給水利組合，以利繼續維持。

早期埤塘只在台地範圍內引水的情況，持續了約200年，直到本世紀初自大漢溪引水的桃園大圳完成之後（1928年），才有所改變。桃園台地上先後經歷平埔族、西班牙人、荷蘭人、日本人、中國人對於埤塘的「看顧」，小小不起眼的埤塘，竟也匯集了多元的文化。然而，在桃園大圳、石門水庫及石門大圳興建後，為了要提高農業生產進行重劃，原有聯繫埤塘及水庫之間的蜿蜒水路廢除，埤塘也因為大圳興建及土地開發需求，逐漸失去原有貯水功能而遭填平廢除。根據臺灣堡圖（1904年版）及歷年來臺灣地圖套疊分析，桃園台地埤塘消失有兩個主要原因，第一個是桃園大圳參與灌排，第二個則是石門水庫興建，此二者改變農田灌溉方式，造成埤塘地位需求降低，多數已消失，民國52年（1963）石門水庫完成時，桃園市內約有8,845口埤塘，但自從桃園大圳、石門大圳陸續開鑿，石門水庫供給充分的灌溉水源後，多數的埤塘喪失了原始的灌溉功能，因此逐漸消失或荒廢，慢慢改變為其他用途，依據84年（1995）的統計，全市尚存在1,450口埤塘，至90年代，依「桃園石門地區埤塘之現況分析與研究」計畫之調查，桃園大圳計285口、石門大圳計410口，合計710口；剩餘埤塘岌岌可危。