大西沟水库位于新疆天山
乌鲁木齐河上游
大西沟段，
乌鲁木齐县境内，距
乌鲁木齐市约68公里，是一座以防洪为主兼顾灌溉的水利枢纽工程，主要分为水库截流、坝体度汛、下闸蓄水。坝顶高程2189.2米，总库容6990万立方米，最大坝高98米，工程总投资7.9亿元。
乌鲁木齐河大西沟水库工程是国家“十一五”规划项目之一，也是
新疆维吾尔自治区、
乌鲁木齐市重点工程建设项目。大西沟水库的兴建结合分洪工程和已建防洪工程利用其4452万方的防洪库容可将乌市的防洪标准大幅提高，配合调水工程“500水库”增加乌市城市供水量，缓解乌市供水紧张矛盾。
据了解，通过大西沟水库6863万方调洪库容的调节，在发生1000年一遇设计、1000年一遇校核洪水时，在保证自身安全的前提下，还可保证下游已建的乌拉泊水库的安全利用其
兴利库容能够解决乌拉泊水库上游灌区春季灌溉缺水的问题。
大西沟水库建成后将与
乌拉泊水库、
红雁池水库形成3库联合调度的水利体系，这意味着乌市的城市防洪能力又上“台阶”，在汛期可以利用水库的滞洪削峰，调蓄洪水，若季节性缺水，可增加乌市城市供水量，缓解乌市供水紧张局面。除了防洪和调蓄外，大西沟水库还能用于农业灌溉，解决乌拉泊水库上游区域的部分农业灌溉，而下游的
五家渠也将从中受益。
大西沟水库于2008年8月开工建设，原计划于2010年6月完成坝基处理，但施工中却遇见国内罕见的地质难题：在大坝基础处理灌浆时发现，坝基下地质结构复杂，有岩体破碎、不均匀、钻孔存在涌水等现象，工程一度受阻。为此，
新疆维吾尔自治区水利厅及乌鲁木齐水业集团多次邀请专家在现场召开专家论证会，最终委托
中国水电基础局有限公司开展冬季帷幕灌浆、防渗墙两项试验，增加投资3336万元，工程才得以继续推进。
在各方的努力下，经过组织多次试验论证，2011年4月，坝基帷幕灌浆补充处理施工方案获批，随后便进入到紧张的施工建设当中。2011年11月，包括大坝基础处理在内的整个隐蔽工程基本完工。
2012年4月25日，乌鲁木齐市大西沟水库建设终于完成了攻坚任务——大坝基础隐蔽工程通过专家验收。通过专家验收后，水库将进行大坝填筑。2013年水库建成后，大坝最高处将达90米，总库容可达6990万立方米，相当于近两个
乌拉泊水库。
大西沟水库的水来自
天山乌鲁木齐河源1号冰川，水库下游流经一些风景区，周围植被较多，在设计过程中，大西沟水库项目组采用了“生态节流”的方案保证水库下游生态环境不被破坏。大西沟水库现场指挥朱瑞表示，建造水库必然会减少下游的水流量，对环境造成一定影响，生态节流是保证城市用水兼顾生态环境的方案，通过合理控制用水保证生态环境和城市供水的正常运行。
大西沟水库项目部主任
王学萍表示，水库建成会使河道下游渗水量减少，为保证植被和其他微生物的生存需要，水库保证0.8立方米每秒的生态供水。项目部在环境保护方面已经委托环境监测总站在水库建立监测点，定期对周围的环境进行监测,监测内容包括风、土壤侵蚀、尘土、降水量等，每个季度都有监测报告，从而保证周围的生态环境不受较大影响。