Le cateratte furono volute da Stefano Asburgo Lorena I Granduca di Toscana e realizzata su progetto di Leonardo Ximenes in occasione del suo intervento di bonifica del Lago di Bientina, iniziato a partire dal 1757.
Leonardo Ximenes fu scienziato di fama, matematico, ingegnere, idraulico, astronomo, studioso attento e rispettoso della natura idrogeologica del territorio e dell’ecosistema naturale.
 
Le Cateratte Ximeniane, poste in Via dei Due Ponti a San Giovanni alla Vena, avevano la funzione di regimentare lo sfocio nel fiume Arno delle acque del lago di Bientina mediante i canali Serezza Vecchia e Canale Imperiale, quest'ultimo aperto dallo stesso Ximenes. 
 
Fino al 1860 circa il grande canale Imperiale, emissario del lago di Bientina, passava sotto le arcate del palazzo, proseguiva sotto al ponte davanti e andava a sfociare nel fiume Arno. Il piano terra del palazzo conserva, alti nel buio del soffitto, ingranaggi idraulici giganteschi di legno di quercia, unica testimonianza storico-scientifica di alta ingegneria idraulica dell’epoca che rimane in Italia. Un sistema di cateratte che doveva regolamentare le acque dell’Arno in regime di piena rispetto all’ acqua del lago di Bientina che vi confluiva.
Al primo piano del palazzo cinque stanze, un appartamento ad uso del catarettaio con famiglia e, poi, della “guardia dell’Arno” fino al ‘90.
 
Via dei Due Ponti è la più antica e importante del paese di San Giovanni alla Vena, stretta tra il Monte Pisano e l’ Arno. Una volta passaggio obbligato tra Pisa e Firenze, appare nelle mappe fin dal 1400 vicino al nome Riparotto.
Le Cateratte Ximeniane di Via dei Due Ponti sono anche l’ultima testimonianza della storia idrogeologica del territorio tra Lucca e Pisa, della bonifica del lago di Bientina alle pendici del Monte Pisano.