La fuente está situada en el cruce de tres calles (tre vie), marcando el punto final del Aqua Virgo (en italiano Acqua Vergine), uno de los antiguos acueductos que suministraban agua a Roma. En el 19 adC, supuestamente con la ayuda de una virgen, los técnicos romanos localizaron una fuente de agua pura a sólo 22 km de la ciudad (escena que representada en la actual fachada de la fuente). Esta Aqua Virgo corría por el acueducto más corto de Roma directamente hasta los Baños de Agripa y fue usada durante más de cuatrocientos años. El golpe de gracia a la vida urbana de la Roma clásica tardía fue la rotura de los acueductos por parte de los asediadores godos. Los romanos medievales quedaron reducidos a sacar agua de pozos contaminados y del río Tíber, que también se usaba como cloaca.
La costumbre romana de construir una bella fuente al final de los acueductos que traían agua a la ciudad fue resucitada en el siglo XV, con el Renacimiento. En 1453, el papa Nicolás V terminó de reparar el acueducto Aqua Virgo y construyó una simple pila, diseñada por el arquitecto humanista Leon Battista Alberti, para anunciar la llegada del agua. En 1629 el papa Urbano VIII, encontrando la fuente anterior insuficientemente dramática, pidió a Bernini que esbozase posibles renovaciones, pero el proyecto fue abandonado cuando el papa murió. La contribución duradera de Bernini fue cambiar la situación de la fuente al otro lado de la plaza para que quedase frente al Palacio del Quirinal (de forma que el papa también pudiese verla y disfrutarla). Aunque el proyecto de Bernini fue desechado en favor del de Salvi, hay muchos toques del primero en la fuente tal como fue construida. También existe una maqueta anterior llamativa e influyente hecha por Pietro da Cortona.
Los concursos se habían puesto de moda durante el Barroco para rediseñar edificios, fuentes e incluso la Plaza de España. En 1730, el papa Clemente XII organizó un concurso sobre la fuente en el que Nicola Salvi perdió, a pesar de lo cual recibió el encargo. Los trabajos empezaron en 1732 y terminaron en 1762, mucho después de la muerte de Clemente, cuando el Neptuno de Pietro Bracci fue situado en el nicho central.
Salvi murió en 1751, con su obra a medio terminar, pero antes se aseguró de que la fea firma de un barbero testarudo no estropease el conjunto, escondiéndola tras una vasija esculpida. La Fontana de Trevi fue terminada en 1762 por Giuseppe Pannini, quien sustituyó las suaves alegorías presentes por esculturas planas de Agripa y «Trivia», la virgen romana.