A l'époque, jamais un système d'adduction d'eau n'avait permis de franchir 150 mètres de dénivellation sur une distance d'environ 1000 mètres.   Deux Liégeois, Arnold de Ville et Rennequin Sualem, proposent de construire une machine complexe dont le principe sera d'utiliser la force motrice de la Seine pour pomper l'eau sur trois étages successifs, permettant de franchir la dénivellation.   Les travaux dureront de 1681 à 1684 et le 16 juin 1684, la machine de Marly sera inaugurée par le roi.

La machine de Marly est un ensemble constitué de 14 roues à aubes de 12 mètres de diamètre, actionnant un système de pompage des eaux de la Seine. La dénivellation étant trop forte pour faire monter l'eau d'un seul jet jusqu'à l'aqueduc, le parcours est conçu en trois parties comprises entre deux bassins intermédiaires, eux-mêmes munis de pompes. La transmission de la force motrice est possible grâce à des doubles tringles maintenues par des balanciers, eux-mêmes fixés sur un chemin de bois continu avec chevalets, innovation principale des pompes à la station de mi-côte; on compte au total 259 pompes !

La puissance théorique de la machine est de 700 chevaux environ et son débit maximal théorique de 6 000 m³ par jour. En réalité, il atteint à peine la moitié de ce chiffre et baisse régulièrement par la suite : 640 m³ par jour en 1798, 240 m³ par jour en 1803. La machine est essayée le 16 juin 1684 en présence du roi Louis XIV.  Elle a nécessité 850 tonnes d'acier, 850 tonnes de plomb, 17 000 tonnes de fer et près de 100 000 tonnes de bois ! Elle a aussi coûté 3,5 millions de livres, soit environ 20 millions de francs. Elle fait un tel vacarme que son voisinage devient, pendant 120 ans, inhabitable ! Son entretien coûte et réclame la présence constante de 50 ouvriers. Mais elle se détériore inexorablement et, en 1800, toute idée de réparation est abandonnée.