A tó helyén mocsaras terület volt egykor. Amikor a város elért ide és kezdett benépesülni, joggal merült fel, hogy a mocsarat – amiben akkoriban is volt két sziget – megszüntessék és egy tavat alakítsanak ki a helyén. Erre a 18–19. század fordulóján került sor, csatornázással és némi földmunkával. Akkor született meg a Mocsár-sziget, aminek a helyén napjainkban a Széchenyi Gyógyfürdő áll, és a Drót-sziget, ahol ma a Vajdahunyad várát találjuk. A harmadik sziget, a kisföldalatti építésekor megszüntetett Páva-sziget a Városligeti-tó 1863-as újraszabályozásakor készült.
A következő nagy átalakítások és építkezések a parkban és a tó környékén a millenniumi időszakban történtek. A mai – vagy legalábbis arra nagyon erősen emlékeztető – képét, formáját és némiképp a hangulatát is akkor kapta a Városliget, még úgy is, hogy pár épület, elsősorban a kiállításhoz kapcsolódók, ma már nincsenek meg. Ekkor épült meg az 1896-ban átadott, a Kós Károly sétányt a Hősök terével összekötő, fémszerkezetű Zielinski híd, amit akkor még Millennium hídnak neveztek, majd ezt 1994-ben változtatták meg, a tervező, Zielinski Szilárd halálának 70. évfordulója alkalmából. A megépültéig egy ideiglenes hídon lehetett átkelni a tavon.
A mesterséges Városligeti-tó hármas rendszerű tó. Az Állatkert felőli része a Felső-tó, ami csónakázásra alkalmas, a Műjégpálya területe az Alsó-tó, és van még egy keskeny szakasza, az ún. várárokrész. A tavat a Széchenyi Gyógyfürdő elhasznált termálvize táplálja. Medre lebetonozott, mélysége 60-70 cm, összterülete nagyjából 6 hektárnyi. Alatta halad át a kisföldalatti. Korábban nagy problémát jelentett az itt élő természetes növény- és állatvilág számára, hogy sokan itt engedték szabadon megunt házi kedvenceiket, így lehetett látni a tóban trópusi egzotikus halakat, rákokat és teknősöket is.