Appartenuto fino ai primi del secolo XIV alla Repubblica lucchese, il lago-padule di Fucecchio, circondato dai Monti Pisani, dal Monte Albano e dalle colline di Cerreto Guidi, passò alla Repubblica fiorentina nel 1328. Dopo parziali interventi di bonifica, fu Cosimo I de' Medici a commissionare, nel 1549, a Luca Martini la sistemazione idrica del lago per farne un vasto bacino riservato alla pesca. Martini propose di alleggerire la portata della Usciana, l'emissario del lago, con la costruzione della chiusa di Ponte a Cappiano.

Leonardo raffigura e menziona più volte il Padule di Fucecchio, fin dal disegno del 5 agosto 1473 (GDS, Uffizi), negli studi idrografici (RLW 12277) e come meta del grandioso progetto per la deviazione delle acque dell’Arno da Firenze attraverso Prato, Pistoia, Serravalle e la Val di Nievole (RLW 12685 e 12279; Codice di Madrid II, f. 22v-23r; Codice Atlantico, ff. 127r e 1107r.

Agli inizi del secolo XVII Ceseri Frullani di Cerreto Guidi scrisse due opere (Gl'avvenimenti del lago di Fucecchio e modo del suo governo, e i Discorsi di cose create et non venute alla luce intorno al lago di Fucecchio e sua vicinanza) nelle quali sosteneva la necessità di alzare il livello delle acque del lago, con vantaggi per la pesca e per la salubrità dell'aria. Il problema della bonifica fu affrontato nuovamente dal discepolo di Galileo Galilei, Vincenzo Viviani, che, nel 1670, analizzò alcuni emissari del lago, soprattutto il Pescia, proponendo deviazioni per il recupero di terreni da annettere alle fattorie granducali. Nel 1678 e nel 1682 studiò il corso della Usciana e lo stato della chiusa di Ponte a Cappiano.

A partire dal 1780 il Granduca Pietro Leopoldo di Lorena promosse un'opera di bonifica e risanamento della pianura che prevedeva l'abbattimento della chiusa di Ponte a Cappiano, la riescavazione di fossi e canali navigabili e una serie di provvedimenti per incrementare l'attività agricola e commerciale della zona. Questi lavori furono accompagnati dalla donazione, nel 1796, del "chiaro" del Padule alle Comunità confinanti. Agli inizi del secolo XIX furono avviati studi botanici ed ittici, ma la situazione si presentava ancora problematica soprattutto per le piene dell'Arno che interessavano l'area a valle di Ponte a Cappiano. Sin dal 1795 Vittorio Fossombroni aveva studiato dei provvedimenti per risolvere questo problema, ma furono recepiti solo nel 1826 dal Granduca Leopoldo II che incaricò l'ingegnere Luigi Kindt di edificare le cateratte di Ponte a Cappiano. Al 1860 risale un progetto di completo prosciugamento del Padule, mai realizzato, mentre gli ultimi interventi di bonifica risalgono al 1931.

Oggi l'area è controllata dal Consorzio di Bonifica del Padule di Fucecchio, la cui opera di manutenzione ha consentito di migliorare le condizioni igienico-ambientali della zona umida e di configurare il bacino come riserva naturale. Alla conservazione e valorizzazione dell'area del Padule e del Lago di Sibolla si dedica il Centro di Ricerca, Documentazione e Promozione del Padule di Fucecchio, costituito da rappresentanti di Enti Pubblici e Associazioni. Il Centro produce materiale scientifico e divulgativo, organizzando al tempo stesso visite didattiche e turistiche. Gestisce, inoltre, il Laboratorio per l'Educazione Ambientale nel Padule di Fucecchio, che promuove itinerari didattici di tipo naturalistico e storico ambientale.