L'aspetto attuale della Cascata delle Marmore è frutto delle modificazioni indotte dall'uomo nel corso dei secoli sull'ambiente naturale. Le acque calcaree del Velino depositandosi costituivano una barriera per la confluenza nel Nera.

Ciò ne provocava, specie nei periodi di piena lo straripamento, con il conseguente impaludamento di ampie aree della pianura reatina. Nel 271 a.C. il console Manlio Curio Dentato bonificò i terreni circostanti il fiume, scavando un canale che partiva dal punto più profondo della palude e portava le acque fino al ciglione di Marmore, da dove ancora oggi precipitano. Il canale ottenne l'obiettivo propostosi da Curio Dentato ma risultò insufficiente per contenere le acque del Velino nei periodi di piena.

I reatini proposero un ampliamento del canale per evitare lo straripamento del fiume, opera a cui si opposero i ternani, che temevano inondazioni del loro territorio. Ciò diede luogo, per tutta l'età classica, a lunghi contenziosi tra i due municipi. Tra il XIV e il XV secolo, l'innalzamento del fondo del canale scavato da Curio Dentato provocato dai depositi calcarei delle acque del Velino diminuì a tal punto lo scolo delle acque da rendere drammatica la situazione e riaprire lo scontro tra reatini e ternani. Nel 1417 iniziò l'escavazione di un nuovo canale, denominato Reatino, che, malgrado i successi rimaneggiamenti operati sotto il pontificato di Gregorio XIII (1572-1585), non funzionò mai bene.Nel dicembre 1545 Paolo III incaricò allora Antonio Sangallo il Giovane di costruire un nuovo canale, ultimato nel 1546 e denominato Paolino, ma neanche questo riuscì a evitare l'impaludamento della pianta del Velino. Nel 1596 papa Clemente VIII affidò a Giovanni Fontana di Meli la riattivazione del canale d'età romana.

Questi rese il canale più profondo, ne aumentò la pendenza, ne rettificò il percorso e costruì un Ponte Regolatore che avrebbe dovuto consentire il passaggio solo d'una determinata quantità d'acqua.

Tutti questi lavori vennero ultimati nel 1601 e il nuovo canale venne denominato Clementino.
Nonostante il funzionamento del Ponte Regolatore fosse tutt'altro che efficace, il nuovo canale risolse il problema principale: l'impaludamento della pianta reatina. Restava invece irrisolto un altro problema: quando il Velino in piena precipitava nel Nera, l'acqua tracimava per oltre 7 chilometri nella Valnerina. Occorreranno molteplici studi e numerosi interventi prima che l'architetto ternano Andrea Vici nel 1787-1788 trovasse la soluzione: un taglio diagonale sul secondo balzo che deviava parte dell'acqua in caduta, consentendo un migliore deflusso del Nera.

Questo intervento diede alla Cascata il suo aspetto definitivo, quello che ancora oggi si ammira.