La primera referencia documental a este conjunto hidráulico es una concordia firmada en 1381 entre los habitantes de Gelsa y Velilla para mantener conjuntamente el azud, ya que servía para abastecer las huertas de ambos pueblos. Es bastante probable que su construcción date de ese momento. Antes de estas fechas, el término de Gelsa recibía el agua para riego a través de una prolongación de la acequia de Pina abierta en el siglo XIII.

Desconocemos cuáles eran las tomas de agua a las que abastecía entonces el azud. Como mínimo debía de nutrir la acequia de boquera, que servía para el riego de la huerta baja de Gelsa y del término de Velilla.

El azud aparece citado en una de las revisiones que la cofradía de comerciantes de Zaragoza realizaba para verificar la navegabilidad del Ebro. El documento prescribe las obras necesarias para la reparación de su puerto. En 1516 y 1547 la cofradía emite nuevos informes con órdenes similares.

En 1775 una avenida arrasa una gran parte del azud de Gelsa. Además provoca modificaciones en el cauce del Ebro, que se desplaza hacia el lado derecho, en dirección a las huertas de Quinto. Para su reconstrucción el conde contrata al conocido arquitecto Agustín Sanz, autor de obras como la iglesia de Santa Cruz y la puerta del Carmen en Zaragoza, o las iglesias de Sariñena y Clamosa en la provincia de Huesca. Sin embargo, durante el proceso de construcción surgen diversas complicaciones con los vecinos de los pueblos limítrofes. Por un lado, el concejo de Velilla, aprovecha para abandonar el sistema de riego compartido con Gelsa hasta entonces y construir su propio azud, norias y acequias. Por otro, los vecinos de Quinto entablan un pleito con Gelsa en 1777 a causa de los problemas que les ocasionaba la nueva obra de Agustín Sanz, que desviaba el agua del Ebro hacia sus huertas a la más mínima crecida e inundaba tanto los campos como su propio casco urbano.

En 1829 el puerto del azud de Gelsa es reconstruido después de una de las periódicas revisiones de azudes destinadas a verificar la navegabilidad del Ebro. La obra es denunciada en 1833 por los vecinos de Quinto, al entender que no se trataba de una reparación, sino de una prolongación de la presa, que causaba problemas de inundaciones en su huerta.

En la década de 1990 tuvo lugar la construcción de la minicentral eléctrica. Con el fin de aumentar el caudal que recibía, fue eliminado un azud llamado la Cruzadeta, que se tendía desde la mejana a la orilla de Gelsa; su función era represar el agua destinada a surtir la acequia de boquera, cuya entrada estaba entonces situada unas decenas de metros más arriba que en la actualidad. Con el mismo fin también se elevó casi dos metros la altura del azud del Rasal del Molino.