Il territorio della Val di Pesa fu incluso tra i comprensori soggetti a trasformazione fondiaria di pubblico interesse, a norma dei DD.LL. 18.5.1924 n.753 e 29.11.1925 n.2464, con R.D. 20.11.1930 n.1722, registrato alla Corte dei Conti il 7.1.1931 al registro n.104 foglio 13.
Con il D.M. 26.1.1932 n.136, venne approvata la proposta di delimitazione del comprensorio anzidetto, costituito dai terreni del bacino del Torrente Pesa, affluente di sinistra del Fiume Arno, della estensione complessiva di ettari 33,900, di cui 26,260 in provincia di Firenze e 7,640 in provincia di Siena.
Il Consorzio fu costituito ufficialmente con R.D. 5.1.1933, registrato alla Corte dei Conti il 20.1.1933 al registro n.2 foglio 114, dapprima denominato "Consorzio per la trasformazione fondiaria della Val di Pesa". Ha successivamente assunto la denominazione di "Consorzio di bonifica della Val di Pesa", ai sensi dell'art. 107 del R.D. 13.2.1933 n.215. Il Consorzio dei proprietari venne costituito con D.M. 24.3.1933, n.996.
Successivamente la Regione Toscana, in applicazione della L.R.T. 34/1994 “Norme in materia di bonifica” e del D.P.R. 23.6.1962 n.947 “Norme sui Consorzi di Bonifica in attuazione della delega prevista dall’art. 31 della L. 2.6.1961 n.454”, con:
Il Piano Generale di Bonifica, redatto dai tecnici Ing. Livio Zoli, Dott. Aldo Castellini e Dott. Francesco Gori Montanelli, fu presentato per la relativa approvazione il 27.10.1933, e visti il parere 13.12.1934 del Comitato tecnico provinciale per la bonifica integrale, le relazioni 31.7.1934 e 5.1.1935 dell'Ispettore Agrario di Firenze, il voto n. 409 emesso dal Consiglio Superiore dei LL.PP. nell'Adunanza del 28.3.1935, ed il voto n. 6/VII emesso dalla Giunta del Comitato Speciale per la Bonifica Integrale nell'Adunanza del 31.7.1935, fu approvato dal Ministro Segretario di Stato per l'Agricoltura e per le Foreste con D.M. 11.11.1935-XIV (Div. IV, n. 6697).
Constava essenzialmente di tre parti. Nella prima ("Piano Generale"), compilata dal Dott. Gori Montanelli, venivano descritte le condizioni economico-sociali e agrarie dell'ambiente, la necessità e gli scopi dell'azione bonificatrice, il costo ed il tornaconto della bonifica. La seconda parte ("Progetto di massima delle opere di competenza statale"), compilata dall'ing. Zoli, prevedeva le sistemazioni idrauliche della Pesa e del Virginio e degli affluenti più dissestati, i rimboschimenti, le sistemazioni idraulico-agrarie delle pendici franose con particolare riguardo alla zona delle argille, gli acquedotti rurali, la costruzione dei due tronchi di strada di fondovalle necessari per costituire l'arteria principale della vallata da Montelupo a Radda, l'estensione della rete elettrica, etc. La terza parte ("Direttive della trasformazione agraria"), compilata dal Dott. Castellini, conteneva le norme tecniche, i preventivi e la descrizione dei tipi delle principali opere di miglioria di competenza privata, con particolare riguardo alla ricostituzione vinicola.
Alla luce delle modificazioni di indirizzi, conoscenze tecniche, problematiche territoriali, intervenute negli anni, tale piano è stato poi integrato e modificato da un Piano Generale di Massima di Opere Pubbliche di Bonifica del Comprensorio della Val di Pesa relativo alla Sistemazione Idraulica del Fiume Pesa e Affluenti, redatto nel maggio del 1979 dal Direttore Tecnico del Consorzio, dott. Livio Zoli, e approvato dal Consiglio dei Delegati con deliberazione n. 58/79 del 30.10.1979.
Nel giugno 1996 il Consorzio ha redatto un nuovo Piano di Bonifica e Tutela del Territorio della Val di Pesa, in conformità alle disposizioni della L.R.T. 34/94 (prof. Piergiorgio Manciola, prof. Fabio Castelli, ing. Francesco Piragino). Le linee di sviluppo del Piano sono state definite dopo una preliminare analisi degli interventi di bonifica più urgenti per il bacino della Val di Pesa, dalla quale è scaturita una esigenza prioritaria di opere finalizzate alla moderazione delle piene ed alla regimazione/sistemazione del reticolo idrografico. Con questa impostazione il Piano ha assunto una prevalente connotazione di piano stralcio, resasi necessaria per fronteggiare tempestivamente le necessità più urgenti del bacino in tema di:
Il Piano si è sviluppato quindi come un agile strumento operativo dotato di indicazioni progettuali circoscritte, corredate delle relative stime di costo, per pianificare l'attività a medio termine del Consorzio di Bonifica nei settori di intervento appena citati, fornendo gli elementi necessari alla programmazione regionale in tema di bonifica. Un aspetto non secondario del Piano riguarda il suo carattere spiccatamente metodologico in quanto, oltre ad essere uno strumento con finalità programmatorie, fornisce le linee guida di analisi e le procedure di calcolo necessarie per affrontare successive simulazioni ed elaborazioni per mutate condizioni al contorno.
Con la L.R.T. 38/03, sono state ricondotte alle competenze consortili, derivanti dal Piano Generale di Bonifica, le attività di manutenzione e gestione delle opere esistenti o in programmazione, efficaci per l'equilibrio idrogeologico ed idraulico.
In seguito al trasferimento delle competenze sulla bonifica dallo Stato alle Regioni, la Regione Toscana ha provveduto ad emanare apposite leggi in materia (prima la L.R.T. 23.12.1977 n. 83, poi sostituita dalla L.R.T. 34/94 e successive mm. e ii.); in ottemperanza a tale legge, il Consorzio ha provveduto a redigere il proprio statuto, secondo lo schema tipo regionale approvato con Deliberazione C.R. n.397 del 22.12.1998. A seguito delle modifiche apportate dalla L.R.T. 38/03, ed all'assunzione delle funzioni operative e gestionali anche sul comprensorio n.21, oltre al comprensorio n.22, è stato approvato un nuovo statuto con Deliberazione del Consiglio Regionale n.134 del 19.12.2007, modificando la denominazione del "Consorzio di Bonifica delle Colline del Chianti" in "Consorzio di bonifica per la difesa del suolo e la tutela dell'ambiente della Toscana Centrale".