환경부가 1999년 9월 30일 '팔당호 등 한강 수계상수원 수질관리 특별대책'의 하나로 지정·고시한 팔당호와 남·북한강 및 경안천 지역 255㎢이 시초였다. 팔당호와 남한강(충주조정지댐까지), 북한강(의암댐까지), 경안천(발원지 하천구간)의 양쪽 500m~1㎞ 이내 지역이 대상이다. 이후 한강수계 외에도 낙동강, 금강, 영산강, 섬진강의 상수원 보호를 위해 확대 실시하였다.

국내에 처음 도입한 이 제도는 상수원 수질관리에 직접적으로 영향을 미치는 상수원 인접지역의 하천변에 공장·축사·음식점·숙박시설 및 목욕탕 등 오염물질을 많이 배출하는 시설이 새로이 들어서지 못하도록 규제한다. 수질오염을 예방하는 것은 물론 단계적으로 토지를 매입하고 녹지대를 조성함으로써 오염물질을 정화하는 완충지대로서의 기능을 높이기 위한 것이 도입 취지이다.

지정대상지역이더라도 불필요한 중복규제로 인한 주민피해를 최소화하기 위해 수도법에 의한 상수원보호구역, 도시계획법에 의한 개발제한구역, 군사기밀보호법에 의한 군사시설보호구역은 수변구역에서 제외하였다. 그리고 하수처리시설이 설치된 하수처리구역이나 도시지역과 준도시지역 중 취락지구와 같이 개발용도로 이미 지정된 지역, 자연부락과 같이 신규오염원 입지가 사실상 불가능한 지역도 제외하였다.

현재 한강수계의 수변구역 지정면적은 경기도(남양주시·용인시·광주시·가평군·양평군·여주시), 강원도(춘천시·원주시), 충청북도(충주시)에 걸쳐 약 191㎢에 이른다. 낙동강수계의 지정면적은 울산광역시(울주군), 경상북도(안동시·영양군·청송군·포항시·영천시·경주시·청도군), 경상남도(양산시·밀양시·산청군)에 걸쳐 약 274㎢이다. 금강수계는 대전광역시(동구), 충청북도(보은군·옥천군·영도군), 충청남도(금산군), 전라북도(진안군·장수군·무주군)에 약 373㎢이 지정되어 있고, 영산강·섬진강수계는 전라남도(순천시·광양시·담양군·보성군·화순군)에 약 223㎢이 지정되어 있다. 전국 4대강 수계에 걸쳐 약 1,000㎢이 수변구역으로 지정되어 있다.

구역 내의 기존시설의 경우 2002년 1월 1일부터 오폐수정화기준이 2배로 강화되었다. 한강수계의 경우, 팔당호로부터 거리가 떨어진 특별대책지역 밖의 수변구역에서는 음식점·숙박시설·목욕탕이 2배로 강화된 오폐수정화기준에 충족하면 입지가 가능하다. 하지만 축사는 축산폐수를 전량 퇴비화하거나 축산폐수처리장에 전량 유입처리할 경우에만 신규입지가 가능하며, 공장 신축은 금지된다.

주민에게는 토지이용규제에 따른 재산상의 피해를 보상하기 위하여 물이용부담금을 재원으로 주민지원을 실시하며, 토지소유자가 땅을 팔기를 원할 경우에는 이를 사들여 녹지로 조성한다.