計畫緣由
石門水庫計畫之構想最早於日治時期明治35年(1902)由土木技師德見常雄勘查後提出，但未獲採用。直到桃園大圳在昭和3年(1928)完工後，隔年八田與一於「昭和水利事業計畫」再次提及石門大堰堤的構想，才得總督府重視並開始研究。後續雖有初步設計與數次調查研究，但因經費、技術與戰爭影響，未有進一步的實質進展。
戰後，臺灣省水利局重新著手相關研究設計與地質調查測量工作，地方則由官民組成了「新竹縣石門水庫建設促進委員會」(當時新竹縣包含今新竹、桃園、苗栗等地)，一面向中央積極爭取，一面整合地方民意並推動預備建設。
民國43年，北臺灣嚴重旱災，石門水庫建設遂在民意支持與「以農業培養工業，以工業發展農業」的經濟政策雙重背景下，轉由行政院主導推動。
推動組織
民國43年4月在行政院長陳誠指示下，由經濟部、臺灣省政府建設廳、臺灣省水利局、臺灣電力公司、中國農村復興聯合委員會各派1員代表組成「經濟部石門水庫設計委員會」(石設會)，主任委員由經濟部水利司司長鄧祥雲兼任，台大教授徐世大為總工程師，並聘任薩凡奇、海門、康登第等國外專家參與研究，於民國44年5月提出『石門水庫工程定案計畫報告』。
民國43年4月15日「經濟部石門水庫設計委員會」成立於中壢鎮公所
行政院接著於民國44年成立「石門水庫建設籌備委員會」，由時任副總統兼行政院長的陳誠兼任主任委員。民國45年7月「石門水庫建設委員會」正式成立，仍由陳誠兼任主任委員，經濟部政務次長徐鼐擔任執行長、徐世大擔任總工程師，石門水庫建設計畫於此正式啟動。民國47年8月第二任主任委員由農復會主委蔣夢麟接兼，直至民國53年6月計畫結束。
民國44年9月副總統陳誠兼主委聽取水庫設計與籌備情形
民國47年8月5日石建會主任委員交接，由陳誠(左一)交接給蔣夢麟(右一)，監交人為當時行政院政務委員王世杰(中)
建設經費與美援
戰後初期台灣通貨膨脹嚴重，政局不穩，以當時政府財政狀況要興建石門水庫極為困難，美援是當時石門水庫工程計畫得以實現之重要關鍵。民國44年5月完成「石門水庫工程定案計畫報告」後，石設會隨即送往美國提出美援申請，45年4月由美國國際合作總署及國會批准。
依據臺灣省石門水庫管理局民國63年的償債計畫，石門水庫建設總經費折合新台幣約為33.90億元，其中美援貸款約19.02億元(包括美金3,590萬元、新台幣4.62億元)，占56.1%；另非美援貸款折合新台幣約10.97 億元(包括美金105萬元、新台幣10.55億元)，占32.4%；餘為政府籌款補助約3.90億元，占11.5%。
依美援要求，該經費須運用於美國工程顧問公司、購置永久性設備及施工機具等，因此有後續與美國提愛姆斯(TAMS)及莫克(MK)公司簽工程服務合約，石門水庫主體工程之設計、檢驗及施工，即在美籍顧問指導下完成。
工程影像及大事紀要
民國44年7月7日：先期工程(第一期)桃園大圳進水口新建工程開工。
桃園大圳新進水口及沖刷道施工情形
民國45年7月7日：主體工程(第二期)導水隧道工程開工。
導水隧道鋼筋綑紮情形
混凝土澆置情形
民國47年8月5日：
1.桃園大圳進水口新建工程完工通水。
2.石門大壩工程開基典禮。
桃園大圳新進水口完工通水典禮
副總統陳誠主持石門水庫大壩開基典禮之啟動儀式
民國49年12月：導水隧道完工通水。
石建會委員、執行長徐鼐及總工程師顧文魁進行導水隧道通水前履勘
民國51年9月：土石大壩工程趕工情形。
大壩土心附近濾層及殼層填築
大壩工區夜間施工情況
民國52年5月15日：導水隧道開始下閘封堵。
導水隧道封堵吊放閘板情形
導水隧道永久封堵段趕工
民國52年9月11日：葛樂禮颱風侵襲。
葛樂禮颱風期間石門水庫洩洪情形
葛樂禮颱風期間水庫蓄水及溢洪道洩洪情形
民國52年10月：石門大圳竣工通水。
石門大圳通水情形
石建會執行長徐鼐及總工程師顧文魁視察石門大圳工程
民國53年6月14日：石門水庫竣工典禮。
副總統陳誠主持石門水庫竣工典禮
民國53年6月30日：石門水庫移交由臺灣省石門水庫管理委員會接管。
石門水庫工程移管典禮