Se asegura que la construcción de la presa de Valdajos tuvo lugar en el siglo XVI. Prestigiosos autores fijan la fecha de su terminación en el año 1.530, aunque no ha quedado constancia de ello. En el Archivo del Patrimonio Nacional existen referencias de diversas cédulas reales del siglo XVI, años 1.583, 1.585, 1.586, 1.587 Y 1.594. Pero no hay noticias de posibles modificaciones realizadas en la presa con anterioridad al siglo XX.

La construcción original de esta infraestructura data del año 1530, configurándose como un azud de derivación cuya función principal es la captación y distribución de recursos hídricos para riego en las márgenes del río Tajo. A lo largo de los siglos, la presa ha sufrido diversas modificaciones y actuaciones de conservación, adaptándose a las necesidades actuales de explotación.

El 19 de junio de 1902 en Resolución Gubernativa mediante la que se autoriza a D. Eugenio Grasset y Echevarría para mejorar y ampliar el aprovechamiento de aguas del río Tajo, para los molinos de Valdajos. En el año 1.908 se construyó la Central Hidroeléctricas de Valdajos, situada unos 2 km aguas abajo de la presa. Su objeto era suministrar energía eléctrica a una fábrica de cemento de "Portlandlbérica, S.A.", emplazada a 40 km del azud.

En consecuencia el objetivo determinante y único de la existencia de la presa, que era el de riego en las márgenes del Tajo, quedó ampliada al de aprovechamiento hidroeléctrico. La toma para riego, por la Acequia del Tajo, está situada en la margen derecha. La del aprovechamiento hidroeléctrico citado, en la margen izquierda.

La presa de Valdajos no está concebida para la laminación de avenidas ni para la regulación de grandes volúmenes de agua, dado su carácter histórico y sus dimensiones reducidas. Tampoco está permitida la navegación ni el baño en sus aguas, con el fin de preservar la seguridad de la infraestructura y el uso exclusivo destinado al riego y otros aprovechamientos técnicos.

El entorno del embalse se ubica en una zona de transición entre las llanuras agrícolas de la Mesa de Ocaña y el cauce medio del río Tajo, en un área de gran valor productivo para la agricultura de regadío. Su explotación y mantenimiento están regulados conforme a la normativa vigente.