Bayern weist sehr unterschiedliche wasserwirtschaftliche Verhältnisse auf. Während Südbayern infolge hoher Niederschläge wasserreich ist, herrscht in weiten Teilen Frankens Wasserknappheit. Wegen dieser wasserwirtschaftlichen Unterschiede beauftragte der Bayerische Landtag 1970 die Staatsregierung, einen überregionalen Wasserausgleich zu schaffen. Mit der Überleitung von Altmühl- und Donauwasser in das Regnitz-Maingebiet wird der Wasserausgleich erreicht.

Das technische Konzept des Überleitungssystems besteht aus zwei unabhängigen Teilsystemen:

1. Kanalüberleitung:
   Rothsee und Main-Donau-Kanal
2. Brombachüberleitung:
   Altmühlsee und Großer Brombachsee

Der Große Brombachsee ist das Kernstück im Teilsystem Brombachüberleitung. Er liegt im Kreis Weißenburg-Gunzenhausen ca. 12 km nordwestlich von Weißenburg. Mit einem Gesamtstauraum von 144,6 Mio. m³ und einer Wasserfläche von 8,7 km² stellt er nicht nur den größten Wasserspeicher im Überleitungssystem, sondern auch den größten staatlichen Wasserspeicher dar. Er wird ergänzt durch die Vorsperren Igelsbachsee und Kleiner Brombachsee. Der Große Brombachsee speichert entbehrliches Altmühlwasser, das ihm vom Altmühlsee durch den Altmühlüberleiter zugeführt wird, und gibt bei Bedarf im Rahmen des überregionalen Wasserausgleichs bis zu 25 Mio. m³ pro Jahr an Rednitz, Regnitz und Main ab. Diese Zweckbestimmung ergibt im Gegensatz zu seinen Vorsperren zeitweise größere Seespiegelschwankungen.

Weitere Aufgaben des Speichers sind der Hochwasserschutz und die Energiegewinnung.

Der Damm ist zonenförmig aufgebaut mit zentraler Kerndichtung und Stützkörpern aus schluffig-sandigem Material. Die Untergrundabdichtung besteht aus einer gefrästen, bis zu 38 m tiefen Schlitzwand. In der Achse der Dammaufstandsfläche verläuft ein Kontrollgang, der den Dammkern mit der Untergrundabdichtung verbindet.

Die Entnahmeanlagen sind getrennt angeordnet. Sie bestehen aus einem Grundablass mit einer Leistung von 40 m³/s und dem Betriebsauslass, über dessen zwei einbetonierte Stahlrohrleitungen bis zu 15 m³/s abgegeben werden können. Über die turmartigen Einläufe des Betriebsauslasses kann das Wasser, je nach Anforderungen an die Gewässergüte, aus unterschiedlichen Tiefen entnommen werden.

Das Einlaufbauwerk der Hochwasserentlastungsanlage besteht aus einer festen Schwelle von 8 m Breite mit einer aufgesetzten Klappe. Das anschließende überdeckte Betongerinne geht auf der Luftseite in eine befestigte Geländemulde über. Die Hochwasserentlastung wurde für einen Abfluss von 10 m³/s ausgelegt.

Das Abwasser der umliegenden Siedlungen wird durch eine Ringkanalisation vom Großen Brombachsee und seinen Vorsperren ferngehalten.

Aufgrund der zu erwartenden Seespiegelschwankungen konzentriert sich die Freizeit- und Erholungsnutzung überwiegend auf die Vorsperren. Dafür bietet der Große Brombachsee mit der geplanten Einrichtung einer Personenschifffahrtslinie ein außergewöhnliches Freizeitvergnügen.