Công trình được UBND TP Hải Phòng giao Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn làm chủ đầu tư, khởi công từ năm 2010. Tuy nhiên, do khó khăn về vốn nên việc thi công dở dang, tạm dừng.
Năm 2020, UBND TP Hải Phòng bố trí vốn, giao dự án lại cho Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng các công trình nông nghiệp và phát triển nông thôn TP Hải Phòng làm chủ đầu tư, tái khởi động. Tháng 2/2021, hồ Trân Châu hoàn thành.
Do hạn hán, thiếu nước ở đảo Cát Bà nên năm 2020 Công ty TNHH MTV Cấp nước Hải Phòng được tạm giao khai thác hồ. Quyền quản lý công trình này hiện vẫn thuộc Ban Quản lý dự án đầu tư các công trình nông nghiệp và phát triển nông thôn thành phố.
Cuối năm 2022, bờ kè hồ Trân Châu bắt đầu bị hư hỏng. Đoạn bờ kè sát đường xuyên đảo bị bóc toàn bộ lớp gạch lát, trơ bạt chống thấm.