โครงการอ่างเก็บน้ำห้วยน้ำรี เป็นโครงการจัดหาแหล่งน้ำด้านการอุปโภคบริโภค และเกษตรกรรมเพื่อพื้นที่อพยพจากการสร้างเขื่อนสิริกิติ์ มีลำดับความเป็นมาของโครงการตั้งแต่ปี พ.ศ. 2500 รัฐบาลประกาศจะก่อสร้างเขื่อนสิริกิติ์ ที่บ้านผาซ่อม ต.ผาเลือด อ.น้ำปาด จ.อุตรดิตถ์ ได้ให้กรมประชาสงเคราะห์ดำเนินการจัดเตรียมพื้นที่สำหรับราษฎรที่จะต้องย้ายออกจากบริเวณอ่างเก็บน้ำ โดยได้จัดตั้งเป็นนิคมสร้างตนเองลำน้ำน่าน ขึ้นที่ อ.ท่าปลา จ.อุตรดิตถ์ ซึ่งมีพื้นที่อยู่บริเวณท้ายน้ำของเขื่อนดินปิดช่องเขาต่ำ (Saddle Dam) ของเขื่อนสิริกิติ์ วันที่ 4 มีนาคม 2520 พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ได้เสด็จพระราชดำเนินเปิดเขื่อนสิริกิติ์ และทรงมีพระราชดำริให้กรมชลประทาน พิจารณาดำเนินการจัดหาแหล่งน้ำ เพื่อการอุปโภค บริโภค และการเพาะปลูกให้กับราษฎรในพื้นที่อพยพ ในปี พ.ศ. 2529 กรมชลประทานได้ก่อสร้างระบบท่อส่งน้ำจากอาคารระบายน้ำของเขื่อนดินปิดช่องเขาต่ำ แต่ระบบส่งน้ำนี้ไม่ครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมด พื้นที่อพยพส่วนใหญ่ยังขาดแคลนน้ำอุปโภคบริโภค และน้ำเพื่อเกษตรกรรม องค์กรปกครองส่วนท้องถิ่น และราษฎรจึงได้วางกฎเกณฑ์ให้มีการใช้น้ำ เพื่อการอุปโภคบริโภคเท่านั้น ต่อมาเมื่อวันที่ 4 มีนาคม 2542 สมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ ได้เสด็จเยี่ยมราษฎรบ้านห้วยต้า ตำบลนางพญา อำเภอท่าปลา ได้มีราษฎรทูลเกล้าฯ ถวายฎีกาขอให้สร้างอ่างเก็บน้ำห้วยน้ำรี วันที่ 15 กรกฎาคม 2542 ได้มีการประชุมชี้แจงแนวทางในการก่อสร้างอ่างเก็บน้ำห้วยน้ำรี ณ บริเวณหัวงานที่ได้วางแผนก่อสร้าง ในการประชุมท่านผู้ช่วยเลขาธิการพระราชวังฝ่ายกิจกรรมพิเศษ ได้ชี้แจงว่าการที่จะรับโครงการนี้เป็นโครงการพระราชดำริ จำเป็นต้องให้กรมชลประทานศึกษาในรายละเอียดก่อน เมื่อกรมชลประทานได้พิจารณาเห็นว่าการก่อสร้างอ่างเก็บน้ำห้วยน้ำรี มีพื้นที่น้ำท่วมบางส่วนอยู่ในชั้นคุณภาพลุ่มน้ำ 1เอ จึงได้ศึกษาวางโครงการขนาดเล็กสำหรับการบรรเทาปัญหาการขาดแคลนน้ำเพื่อการอุปโภค บริโภค และการเกษตรจำนวน 4 โครงการ แต่โครงการขนาดเล็กทั้ง 4 โครงการก็ยังไม่สามารถบรรเทาปัญหาการขาดแคลนน้ำได้ทั้งหมดจำเป็นต้องมีการก่อสร้างอ่างเก็บน้ำห้วยน้ำรี จึงจะทำให้แก้ไขปัญหาการขาดแคลนน้ำได้อย่างสมบูรณ์ต่อมาตัวแทนสมาชิกนิคมสร้างตนเองลำน้ำน่าน ได้มีหนังสือ ถึงสำนักราชเลขาธิการ ขอให้นำความกราบบังคมทูลพระกรุณาให้ทางราชการดำเนินการก่อสร้างอ่างเก็บน้ำห้วยน้ำรี เมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2546 มีการประชุมหน่วยงานราชการต่างๆ ในจังหวัด โดยผลการประชุมสรุปได้ว่าราษฎรอำเภอท่าปลาได้รับความเดือดร้อนมีความประสงค์ให้ก่อสร้างอ่างเก็บน้ำห้วยน้ำรี เมื่อปี พ.ศ.2548 กรมชลประทานได้ว่าจ้างให้มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ศึกษาผลกระทบสิ่งแวดล้อมโครงการอ่างเก็บน้ำห้วยน้ำรี และดำเนินการแล้วเสร็จในเดือน เมษายน 2549 พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ รับโครงการก่อสร้างอ่างเก็บน้ำห้วยน้ำรี พร้อมระบบผันน้ำ ระบบส่งน้ำและอาคารประกอบไว้เป็นโครงการอันเนื่องมาจากพระราชดำริ ตามหนังสือของสำนักราชเลขาธิการลงวันที่ 29 กันยายน 2548 เมื่อวันที่ 17 กรกฎาคม 2549 คณะกรรมการสิ่งแวดล้อมแห่งชาติ พิจารณาให้กรมชลประทานจัดทำรายงานผลกระทบสิ่งแวดล้อมใหม่ การศึกษาทบทวนรายงานการวิเคราะห์ผลกระทบสิ่งแวดล้อมแล้วเสร็จเมื่อ มิถุนายน 2552 ผ่านความเห็นชอบของคณะกรรมการสิ่งแวดล้อมแห่งชาติเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม 2553 และเมื่อวันที่ 20 เมษายน 2554 คณะรัฐมนตรีอนุมัติดำเนินโครงการและอนุมัติผ่อนผันมติ ครม. วันที่ 12 ธันวาคม 2532 กรณีการขอใช้พื้นที่ลุ่มน้ำชั้น 1เอ