濾水廠需無間斷24小時的運作，意味着任何發展工程，都需要周詳計劃，避免阻礙恆常供水。前文提到的沙田濾水廠，是以原地重置方式減少工程影響。為了分擔沙田濾水廠南廠停用時的部份食水供應量，大埔濾水廠早於2013年展開擴建工程，將原來的食水處理量，由平均每日的40萬立方米，增加至80萬立方米，同時可應付大埔、九龍中西部以及香港島中西區日益增加的用水需求。

大埔濾水廠在擴建後處理的食水量倍增，然而它所處地段三面環山，可用的土地面積十分有限，故此無論在廠房設計，到施工程序均需要仔細規劃與執行。傳統以來，香港的濾水廠均為單層式建築。為了突破土地限制，大埔濾水廠採用了多層式廠房設計，並為此採用了佔地較小的濾水技術，包括採用先進的溶氣浮選澄清技術。傳統的沉澱式澄清工藝佔地面積大，處理食水需時較長，溶氣浮選澄清技術則透過把壓縮空氣加入水中，產生大量微細氣泡，讓氣泡依附懸浮物質並形成一層「泥毯」，再以活動刮泥板將「泥毯」清走，如此程序加快了濾水速度，讓佔地較小的廠房可處理更多原水。藉著引入這些提升空間效率的設計及技術，最終設施的佔地面積由勘探階段預算的20.5公頃，大幅減少32%至現時的14公頃。國際水協會（International Water Association）於2006年頒發創新設計獎予大埔濾水廠工程。

大埔濾水廠擴建工程在落成之時，擁有全港首個大型的現場製氯生產設施。為此，項目團隊首次應用建築信息模擬製作立體圖則作危害與可操作性分析，有助在設計階段檢視並辨識問題。相比傳統的二維圖則，立體圖讓設備及其附近的空間得以形象化，並能模擬異常情況，減少推測，同時提升工作效率。

此外，大埔濾水廠擴展工程亦標誌著水務署在提升本港供水設施的同時，致力於可持續發展，過程中開發了可持續解決方案，使其成為第一所獲得綠建環評最終鉑金級認證的濾水設施。「綠建環評」（Building and Environmental Assessment Method, BEAM）是本港一個為推動香港綠色建築而設立的認證，它就建築物在規劃、設計、施工、管理、運作及維修中各範疇的可持續性，訂立一套全面的表現準則，評核結果受香港綠色建築議會認可並發出認證。