Da un punto di vista geologico, la Laguna di Santa Gilla è giovane, essendosi formata nel Quaternario recente, fra 100.000 e 70.000 anni fa durante il tirenniano.
I Fenici la utilizzarono come porto naturale interno, vista la possibilità di espansione verso il retroterra fertile del Campidano ed il boscoso massiccio del Gutturu Mannu e di trasporto delle merci verso i centri indigeni dell’entroterra: Monastir, San Sperate e Settimo San Pietro.
Prima dell’anno Mille, sulla sponda est (all’altezza del sottoposto ferroviario di Sant’Avendrace), si sviluppò il Borgo di Santa Igia che, nato con l'obiettivo iniziale di dare alla popolazione un rifugio contro i pirati, fu la base per la nascita di una vera e propria Capitale Giudicale con tutti i servizi, compreso quello scolastico. Nel 1258 Santa Igia fu però rasa al suolo dai Pisani che sconfissero i Genovesi alleati del Giudicato di Cagliari e nacque il Kastrum Karalis, l’attuale Castello.
Alla fine del XVI Secolo, vennero realizzate, lungo il cordone dunale, sette nuove bocche di collegamento col mare e nei secoli successivi (XVII-XVIII Secolo) Sa Illetta divenne di proprietà della famiglia dei Cervellò, di antiche origini catalane, che realizzò grossi interventi sulla laguna con regolari autorizzazioni comunali.
In seguito alla paurosa alluvione del 1892 ed ai gravi danni riportati dai centri abitati del bacino meridionale dei fiumi Cixerri e Flumini Mannu, nel 1904 si realizzò l’arginatura della Laguna e nel 1920 fu eseguito, secondo il progetto dell’Ing. Luigi Conti-Vecchi, un enorme intervento di sistemazione idraulica e di bonifica (oltre 2.000 ettari) che porterà alla nascita delle Saline.
Con il boom industriale degli anni '60 arrivarono in Laguna anche gli scarichi dei complessi chimici, meccanici e metalmeccanici, alimentari e di materiali per l'edilizia e si riversarono nelle sue acque sostanze inquinanti e reflui urbani provenienti da numerosi centri abitati, attraverso canali sprovvisti di depuratori.
Negli anni ‘70 lo stato di degrado era tale che, a causa dell'inquinamento industriale, urbano ed agricolo (drenaggio di acque contenenti pesticidi e nutrienti), la Capitaneria di Porto decretò il divieto di pesca di qualsiasi tipo, compresi i molluschi, la balneazione, l'immersione anche parziale delle persone a causa di infezione colerica e di inquinamento chimico e batteriologico di origine fecale con grave pericolo per la pubblica salute (1974).
In quegli anni (1977) incominciarono i lavori relativi al nuovo Porto Canale di Cagliari, che verranno completati dopo 23 anni e successivamente (1980) venne inaugurata la nuova aerostazione Cagliari-Elmas.
Grazie ad interventi di bonifica e di infrastrutturazione di tutto il compendio ad opera della Regione Autonoma della Sardegna, alla fine degli anni ’80, venne risolto il pericolo d’inquinamento derivante anche dalla presenza di mercurio, rimuovendo, per uno spessore notevole, fanghi inquinati dal fondo.
Alla fine degli anni ’90 si ebbe l'intervento di varie figure istituzionali:
- la Comunità Europea cofinanziò il Progetto Life Natura “Gilia” che vedeva la partecipazione delle Amministrazioni Comunali di Elmas, Assemini, Cagliari e Capoterra con l’obiettivo di costituire una Riserva Naturale di interesse internazionale.
- la Provincia predispose il P.I.A. (Piano Integrato d’Area) “6 Sud-Santa Gilla” finanziato con investimenti pubblico-privati di nuova concezione e finalizzato alla gestione della risorsa laguna mediante attività produttive, servizi ed opere di varia natura, tra loro compatibili.
- un Decreto dell’Assessorato Regionale all’Ambiente concesse nel 1998 in esclusiva al Consorzio Ittico Santa Gilla (costituito all'epoca dalle cooperative La Peschereccia e Consarpesca di Cagliari) la gestione dell'intero compendio per 10 anni.
Nel 1999 una terribile alluvione distrusse parte delle opere realizzate e portò ad un periodo di stagnazione delle attività e successivamente, nel 2001, una terribile mareggiata causò nuovi danni e mise nuovamente in ginocchio l’ecosistema della Laguna. In quel periodo la salubrità delle acque ne risultò così danneggiata che il Comune di Cagliari emise un’ordinanza (revocata poi nel mese di maggio) che vietava la raccolta di cozze, vongole e molluschi vari in Laguna a causa di un’eccessiva proliferazione di colibatteri fecali.
La salute della Laguna è da sempre e comunque monitorata, oltre che dai tecnici della ASL e dall’Università di Sassari che effettuano delle periodiche analisi, anche dagli operatori dell’Ufficio Intercomunale, creato ad hoc dai Comuni di Cagliari, Elmas, Assemini e Capoterra con lo scopo di effettuare rilevazioni continue e bonifiche. Proprio poco dopo la mareggiata del 2001, furono recuperati rifiuti solidi, batterie esauste, pneumatici, autoveicoli, materiali meccanici, carcasse di animali, etc.
Nel mese di ottobre 2004 l’Autorità d’Ambito ha inserito nel Piano Operativo Triennale il finanziamento di un milione di euro per potenziare il sistema di depurazione e per risanarlo.