As atividades de saneamento básico do Distrito Federal começaram com a construção da capital, quando foi criada a Divisão de Água e Esgotos, vinculada à Novacap. Logo foi implantado o primeiro sistema, o Catetinho, para abastecimento dos canteiros de obras e núcleos onde moravam os trabalhadores que construíam a nova capital.

À medida que prosseguiam as obras de implantação da capital, foi concebido e construído o sistema Torto. Posteriormente, o sistema foi ampliado para Santa Maria e Torto, projetado para abastecer todo o Plano Piloto e os órgãos da administração federal.

Em 1959, a Divisão transformou-se em Departamento de Água e Esgoto. Mas com o crescimento da cidade, os serviços públicos – como energia elétrica, saneamento e telefonia – foram constituídos como autarquias, ainda vinculadas à Novacap, mas com autonomia administrativa. Na área de saneamento foi criado o Serviço Autônomo de Água e Esgoto do DF, em 1964. Sua vida, no entanto, foi curta, pois logo a Novacap decidiu transformá-lo novamente em Departamento de Água e Esgoto.

Em 8 de abril de 1969, pelo Decreto-Lei nº 524, é criada a Companhia de Água e Esgotos de Brasília - Caesb. 

Por meio da Lei 2.416, de 06 de julho de 1999, a Caesb passou a ser denominada Companhia de Saneamento do Distrito Federal e teve ampliado o seu mercado no que diz respeito à diversificação de produtos, podendo atuar em todo território nacional. Além disso, foi criada a possibilidade de realizar a abertura de seu capital social.

Em 18 de janeiro de 2005, a Lei nº 3.559 alterou a Lei nº 2.416, mudando a denominação da empresa para Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal, ampliando a área de atuação da empresa para outros países, bem como incluindo, em suas competências, a possibilidade de prestar serviços na área de resíduos sólidos.