Romalılar tarafından İstanbul'da yaptırılan kemer, Roma İmparatoru Valens tarafından 4. yüzyılın sonlarında tamamlandı. Farklı dönemlerde Osmanlı Sultanları tarafından restore ettirilen akuadük (su kemeri) şehrin önemli tarihi eserlerinden birisidir. akuadük, Orta Çağ'da, kentin su ihtiyacını karşılayan akuadüklerin en önemlilerindendir.

O zaman ki adı Bizans olan şehrin su rezerv sisteminin inşası İmparator Hadrianus döneminde başladı. I. Konstantin zamanında şehrin yeniden yapılanması ve büyümesiyle birlikte hızla artan nüfusun ihtiyacını karşılamak için sistemin daha da genişletilmesine gerek duyuldu.

Akuadük, suyunu Kağıthane ile Marmara Denizi arasında kalan tepelerin yamaçlarından alan ve Trakya'nın tepelik bölgelerinden başkente kadar uzanarak şehrin su ihtiyacını karşılayan geniş akuadükler ve kanallar sisteminin - toplam uzunluğu 250 kilometreye kadar uzanan bu sistem antik dönemde yapılmış benzer sistemlerin en büyüğüdür - en son noktasında yer almaktadır. O zamanlar şehre gelen bu su, toplam kapasitesi 1 milyon metre küpten fazla olan üç açık ve Yerebatan Sarnıcı gibi yüzden fazla yeraltı sarnıcında depolanmaktaydı.

Akuadükün yapımı kayser I. Konstantin'ín hükmettigi 306 ve 337 yillari arasinda baslatilmis, 378 yılında kayser Valens tarafindan tamamlanmistir. Valens akuadükünün adı kendisinden gelmektedir. Akuadük o zaman Kapitolyum'un bulunduğu üçüncü tepe(bugün İstanbul Üniversitesi'nin bulunduğu yer) ile Havariyun Kilisesi'nin bulunduğu dördüncü tepe(bugün yikilarak yerine Fatih Camii'sinin insaa edildigi yer) arasındaki vadide uzanmaktadır.

Söylentiye göre, Procopius isyanı sırasında çöken Kalkedon duvarının taşları kullanılarak yapilan akuadük, 373 yılında dönemin valisi Klearchos tarafından Theodosius Forumu'nda , Yunan Mitolojisinde su perisi olarak geçen Nemflere ithaf edilerek törenle hizmete sokulmuştur.

382 yılında yaşanan şiddetli kuraklıktan sonra I. Theodosius tarafından Belgrad Ormanlarından şehre su taşıyan yeni bir akuadük yaptirdi(Theodosius Akuadükü ). II. Theodosius döneminde, Valens akuadükünün suyunun Zeuksippos Banyolarına ve İmparatorluk Sarayına dağıtımı sağlandı. Muhtemelen bir depremde zarar gördükten sonra, Yerebatan ve Binbirdirek Sarnıçlarıyla bağlantılarını da tamamlatan Roma İmparatoru I. Justinyen tarafından restore ettirilen akuadük son olarak ikinci bir akuadük yaptıran II. Justin tarafından 576 yılında tamir ettirilmiştir.

626 yılındaki Avar kuşatması sırasında sur dışında kalan kısmının bir bölümü yıkılarak su iletimi kesilen akuadükün, ancak 758 yılındaki büyük kuraklık zamanında V. Konstantin tarafından yıkılan yerlerinin onarttırılmasıyla tekrar su iletilebildi. İmparator şehrin su rezerv sisteminin tamamını, Anadolu'dan ve Yunanistan'dan getirttiği işçiler vasıtasıyla Patrikios'a onarttırdı.

Akuadükün diğer bakım çalışmaları II. Basileios (1019'da) ve III. Romanos döneminde gerçekleştirilmiştir. Akuadükle ilgilenen son Bizans İmparatoru I. Andronikos Komnenos'tur. Ne Latin İmparatorluğu döneminde ne de Palaiologus hanedanı zamanında herhangi bir bakımdan geçmeyen akuadük, şehrin nüfusunun 40-50 binlere kadar düşmesi üzerine eski önemini yitirmiştir.Fakat, buna rağmen Kastilyalı bir sefir olan Ruy Gonzáles de Clavijo'nun 1403'te Timur'u ziyareti dolayısıyla güzergahında bulunan İstanbul'dan geçerken belirttiğine göre o tarihte akuadük hala aktif olarak kullanılmaktadır.

Fatih Sultan Mehmet'in, İstanbul'u fethinden (1453) sonra, Eski Saray'a ve daha sonra Topkapı Sarayı'na da su sağlayacak olan rezerv sisteminin tamamı onarıldı ve kuzeydoğudan cekilen yeni bir hatla birleştirildi. 1509'da meydana gelen Büyük İstanbul Depreminde Şehzade Camii yakınlarındaki bölümü zarar gören akuadük yıkılan kısımları kısa bir süre sonra tekrar inşaa edildi.

II. Bayezid dönemi boyunca tamiratına devam edilen su rezerv sistemine yeni bir hat daha eklendi.16. yüzyılın ortalarında, Kanuni Sultan Süleyman döneminde Şehzade Camii'nin yanında bulunan 47-51'inci akuadükler gotik tarzda yeniden restore edildi ve yine aynı dönemde Mimar Sinan tarafından Belgrad Ormanlarından gelen su akuadüke baglattirilarak akuadük kullanilmaya devam edildi. Artan su miktarıyla birlikte Haliç kıyısında bulunan Kırkçeşme bölgesine su iletimi sağlandı ve yine bu bölgeye birçok çeşme yaptırıldı.

II. Mustafa zamanında 41 - 45'inci akuadükler asıllarına uygun biçimde restore ettirilmiştir. Eserde bulunun 1696/1697 tarihli bir kitabede bu olay yad edilmektedir. II.Mustafa'nın halefi III. Ahmet döneminde şehrin su rezerv sistemi tekrar tamirattan geçirilmiştir.1912'de Fatih Camii tarafında kalan kısmında 50 metrelik bir bölüm çökmüştür. Aynı dönemde akuadüklerin doğu ucuna bir dağıtım merkezi yaptırılmıştır.

Deniz seviyesinden 63 metre yukarıda bulunan Bozdoğan Akuadüklerin uzunluğu 971 metre, yüksekliğinin maksimuma ulaştığı noktanın yerden yüksekliği 29 metredir.

1 - 40'ıncı, 46 - 51'inci akuadükler İmparator Valens doneminde tamamlanmis, 41 - 45'inci akuadükler Sultan II. Mustafa ve 52 - 56'ın akuadükler Kanuni Sultan Süleyman dönemlerinde eklenmistir. 18 - 73'üncü akuadükler çift katlı, diğerleri ise tek katlıdır.

Bozdoğan Kemeri'nin temelleri günümüz yer seviyesinin yaklaşık 5.4 - 6.0 m. altında bulunmaktadır. Ayrıca yeni gerçekleştirilen jeofizik ölçümler sonucunda Bozdoğan Kemeri'nin Atatürk Bulvarı'nı kestiği yaklaşık 40 m.'lik kısımda ortalama 3 metre derinlikte akuadük ayağına bağlı pervazların bulunduğu da kanıtlanmıştır.

Dümdüz bir yol şeklinde uzanan akuadüklerin orijinal yapısı, Fatih Camii'sinin insaasi sırasında bilinmeyen nedenlerden dolayı bükülmüştür.
Kuzeydoğu ve kuzeybatıdan gelen sular surun dışında Edirnekapı yakınlarında birleşmekteydi. Akuadüklerin doğu ucunda dağıtım tesisi bulunmakta ve Ayasofya'ya kadar uzanarak İmparatorluk Sarayı civarını beslemekteydi.