Вследствие больших сезонных перепадов уровня реки судоходство было затруднено, а наводнения опасны, поэтому гидротехнические сооружения на Москве-реке появились в древности. В 1783—1786 годах вдоль излучины реки около Кремля был проложенВодоотводный канал с целью защиты от наводнений и ремонта мостов. В 1836—1837 годах для повышения уровня воды в реке были построены Бабьегородская плотина и Краснохолмский шлюз. Водоотводный канал в результате стал судоходным. В 1873 году образовалось «Товарищество Москворецкого туерного пароходства», поставившее своей целью развить водный транспорт на реке. Товарищество к 1878 году построило шесть плотин со шлюзами. Эти плотины (Перервинская, Бесединская (ныне им. Трудкоммуны), Андреевская, Софьинская, Фаустовская и Северская) обеспечили проход судов с осадкой до 90 см от устья реки до города Москвы. Ранее построенные плотины в 1930-х годах были перестроены, добавлена Карамышевская плотина, и разобраны за ненадобностью Бабьегородская плотина и Краснохолмские плотина и шлюз (последний сохранился в названиях Шлюзовой набережной и Шлюзового моста). Указанные плотины и образуют Москворецкую шлюзованную систему.
В 1930-х годах русло Москвы было существенно спрямлено в рамках частично реализованного плана обводнения города Москвы.
В 1932—1937 годах был построен канал Москва-Волга.
В 1968 году было открыто Нагатинское спрямление в районе Нагатино.
Старое русло Москвы-реки, образовавшееся в результате появления Нагатинского спрямления (Кожуховский Затон)
Москва-река. Москворецкая набережная.
В итоге, Москва-река в пределах города фактически состоит из каскада русловых водохранилищ, образованных тремя гидроузлами: Перервинским, Карамышевским и им. Трудкоммуны. Сток Москвы выше города зарегулирован Истринским (1935), Можайским (1960—1962), Верхне-Рузским (1980-е), Рузским (1965—1966) и Озернинским (1967) водохранилищами, а также гидроузлами около Петрово-Дальнего и Рублёво.