Ved anlæggelsen af søen blev den pågældende strækning af Grindsted Å flyttet til et nyt leje langs nordsiden af søen, og det opgravede fyld blev benyttet til anlæg af diger. Grindsted Engsø har et ca. 30 ha stort søbassin med en gennemsnitsdybde på 1,55 m. Bortset fra det gamle åleje er søbunden yderst jævn, og den maksimale dybde (bortset fra ålejet) var ved anlæggelsen 2,45 m.
Søanlægget blev anlagt i 1971-1972 og vandtilledningen blev påbegyndt den 23. juni 1972. Indtil 1. august 1975 modtog søen udelukkende vand fra Grindsted Å, som tilførtes fødekanalen ca. 100 m øst for det tidligere stemmeværk ved Vesterbrogade.
I 1975 blev fødekanalen til Engsøen forlænget og afsluttet med en pumpestation ved afløbet fra Daniscos "blå system". Det vil sige, at det åvand, der siden 1975 er blevet pumpet til søanlægget, har været upåvirket af spildevand fra Grindsted By og Danisco.
Søanlægget var fra begyndelsen planlagt som en rensningsforanstaltning for det "blå system", og har indtil afviklingen af dette haft status som renseanlæg.
I januar 1997 blev det "blå system" afviklet. Den nuværende vandtilførsel er etableret i 1998 som en del af restaureringsstrategien for søen.
Grindsted Engsø tilføres i dag en blanding af filtreret og ufiltreret åvand fra Grindsted Å. Tilførslen sker ved et kombineret åvandsindtag og filteranlæg placeret nord for rådhuset i Grindsted. Vandtilførslen er stabiliseret ved hjælp af et stigbord, hvorfor søen kun modtager en lille del af Grindsted Å's vandføring, næsten uafhængig af størrelsen af denne. Grundvandsindsivningen fra oplandet syd for søen, sker fra et højtliggende grundvandsmagasin. Der forsvinder en væsentlig vandmængde fra søen ved udsivning gennem diger og bund i søens vestlige ende til Grindsted Å.