წყალტუბო ცნობილი იყო ჯერ კიდევ VII-IX საუკუნეებში. XII-XIII საუკუნეებში წყალტუბო, როგორც სამკურნალო პუნქტი, უკვე სარგებლობდა ფართო პოპულარობით. პირველი ცნობები წყალტუბოს სამკურნალო წყლების შესახებ ქვეყნდება 1782 წელს „ბერლინის საბუნებისმეტყველო საზოგადოების შრომების" გამოცემებში. 1787 წელს რუსმა აკადემიკოსმა პ.ს. პალასიმ დაამუშავა და გერმანულ ენაზე გამოსცა იოჰან გიულდენშტედტის სამოგზაურო ჩანაწერების ხელნაწერები წყალტუბოს შესახებ.

1809 წელს გერმანულიდან რუსულად ითარგმნა ი. გიულდენშტედტის „სამოგზაურო ჟურნალი", რის შედეგადაც რუსულ სამეცნიერო ლიტერატურაში გაჩნდა ცნობები წყალტუბოს მინერალური წყლის შესახებ. 1815 წელს ცნობილი ბუნებისმეტყველი იულიუს ფონ კლაპროთი ბერლინში გერმანულ ენაზე გამოცემულ ნაშრომში იძლევა წყალტუბოსა და მისი მინერალური წყლების დახასიათებას.1897 წელს პროფესორ ალბერტ ოილენბურგის საენციკლოპედიო გამოცემაში მოყვანილია ზოგიერთი მონაცემი წყალტუბოს მინერალური წყაროების სასიკეთო თვისებების შესახებ. 1898 წელს გ. სტრუვემ ქიმიური ანალიზის საფუძველზე წყალტუბოს წყაროები მიაკუთვნა ინდიფერენტულ წყაროებს.

1920 წელს წყალტუბოს ტერიტორია გახდა სახელმწიფო საკუთრება და შეიძინა ბალნეოლოგიური კურორტის ფუნქცია. კურორტის გაშენება 1926 წელს დაიწყო. 1931-32 წლებში ფართოდ გაიშალა კომპლექსური სამეცნიერო-კვლევითი და ჰიდროგეოლოგიურისამუშაოები, დაიწყო კურორტის ხელახალი განვითარება. 1931 წლის საქართველოს საბჭოთა სოციალისტური რესპუბლიკის მთავრობის დადგენილებით, წყალტუბო კურორტად და ბალნეოთერაპიის ცენტრად გამოცხადდა.

განაშენიანების პირველი პროექტი 1936 წელს შედგა არქიტექტორ ნ. სევეროვის მიერ. 1939 წელს წყალტუბოს მიმდებარე ტერიტორია გამოეყო ქუთაისს და ჩამოყალიბდა ცალკე ერთეულად, რის გამოც წყალტუბომ შეიძინა ადმინისტრაციული ცენტრის სტატუსი. 1950-51 წლებში შემუშავდა ახალი გენერალური გეგმა (არქიტექტორები: ი. ზაალიშვილი, ვ. კედია), რომელსაც საფუძვლად წრიული სქემა დაედო. წყალტუბო დაიყო ბალნეოლოგიურ, სანატორიულ და საცხოვრებელ ზონებად. 1953 წელს წყალბუტომ მიღო ქალაქისა და საკავშირო მნიშვნელობის კურორტის სტატუსი.

სხვადასხვა დროს გაშენდა 19 სანატორიუმი და პანსიონატი, 9 სააბაზანო, საკურორტო პარკი, კურორტოლოგიისა და ფიზიოთერაპიის სამეცნიერო-კვლევითი ინსტიტუტის ფილიალი. ნაგებობათა შორის აღსანიშნავია სანატორიუმები: „მეგობრობა“ (1937-40 წწ. არქ. ლენტოვსკი), „თბილისი“ (1951 წ., არქ. ვ. ოლტარჟევსკი, ბ. სობოლევსკი), „იმერეთი“ (1961 წ. არქ. ვ. ალექსი-მესხიშვილი, ლ. ჯანელიძე). 80-იანი წლების ბოლოს წყალტუბო იყო ყველაზე პოპულარული ტურისტული მიმართულება მთელს საბჭოთა კავშირში. წყალტუბოში სულ 5,800 საწოლი იყო. მოქმედებდა პირდაპირი მატარებელი მოსკოვი-წყალტუბო.