Начиналась история создания Ленёвского водохранилища в 1939 году, когда специалисты промышленного отдела Свердловского облисполкома, изучив потенциал развития нашего города, пришли к выводу, что Тагильский пруд во время засухи испытает острую нужду в дополнительной подпитке водой. В отчёте промотдела облисполкома говорилось: «В связи с дальнейшим развитием Тагильского района потребность в воде будет только возрастать, поэтому следует реконструировать плотину городского пруда и начать изыскательские работы по созданию нового дополнительного водохранилища на реке Тагил».
Реализации этого проекта помешала война, и к вопросу удалось вернуться только в конце 50-х годов прошлого века. Десять лет ушло на поиск удобного места для резервного водохранилища, выбор проектной организации и создание проекта. Место подсказали геологи Высокогорского рудоуправления, авторами проекта стали архитекторы и проектировщики Свердловского филиала института «Союзводоканалпроект». Строительством Ленёвского водохранилища занимался весь город: практически каждое предприятие Нижнего Тагила вложило в стройку свои материальные и людские ресурсы и, конечно, свою продукцию. Задействованы были и крупные заводы: НТМК, УВЗ, ВМЗ, ВРУ, и заводы поменьше: лакокрасочный, цементный, котельно-радиаторный, завод пластмасс и другие.
Подготовительным этапом строительства стала вырубка леса и очистка будущей котловины пруда от пней и коряг. Однако полностью вырубить лес в отведённые сроки не успели, и часть его была затоплена во время заполнения водоёма водой. Не дожидаясь очистки дна будущего водоёма от пней и сухостоя, строители приступили к возведению плотин. Именно плотин, потому что таковых на Ленёвке две. Первая имеет длину 2095 метров, ширину по гребню 7 метров и ширину подошвы 110 метров. В ней предусмотрен водосброс, который перекрывается сегментным затвором. Длина второй плотины составляет 538 метров при ширине основания 40 метров. Она также имеет один переливной управляемый водосброс и два донных, оборудованных винтовыми подъёмниками с электроприводом. Для оперативного изменения уровня воды в водохранилище на гидроузле был утверждён штат обслуживающего персонала.
Строительство плотины было завершено в 1978 году, а в январе 1979-го был составлен акт о приёмке в эксплуатацию гидроузла и водохранилища. После заполнения водоёма его длина составила 13 километров, средняя глубина — 6 метров. Объём воды в Ленёвском водохранилище составляет 141 млн куб. м. В него впадает несколько малых рек: Владимирка, Малая и Большая Выдерка, Большая Каменка, Каменка, Карасиха, Осиновка, а также несколько ручьёв. На акватории водоёма находятся три острова: Берёзовый, Косаниный и Малый.
Неподалёку от водохранилища протекает река Ленёвка, где в 1823 году был организован золотой прииск, принадлежащий Демидовым. Ничего выдающегося за годы эксплуатации прииск не дал, но вносил свою лепту в общий объём добываемого вокруг Нижнего Тагила золота. Также есть свидетельства того, что в XVIII веке на реке добывали слюду, но, судя по всему, месторождение было небогатым и его запасы быстро истощились.