אגף ההנדסה והתפעול של תאגיד המים והביוב אחראי על מגוון תחומים חיוניים לרווחת התושבים ואיכות חייהם. תפקידו המרכזי הוא להבטיח אספקת מי שתייה באיכות תברואית גבוהה לבתים, הן בשגרה והן בחירום, ולדאוג לפינוי יעיל של שפכים תוך שמירה על בריאות הציבור ואיכות הסביבה. פעילות האגף מתבצעת בהתאם לחוק תאגידי מים וביוב, התשס"א-2001, ובכפוף לתקנות בריאות העם (איכותם התברואית של מי שתייה ומתקני מי שתייה), התשע"ג-2013. כמו כן, האגף פועל לפי כללי תאגידי מים וביוב שקבעה רשות המים, ובהתאם להנחיות המשרד להגנת הסביבה בכל הנוגע לטיפול בשפכים. צוותי השטח של התאגיד בשיתוף עם קבלני מסגרת פועלים באופן רציף, 24 שעות ביממה, 7 ימים בשבוע, על מנת לספק לתושבי העיר שירותי אספקת מים ופינוי שפכים. במסגרת פעילות האגף מתבצעות עבודות תחזוקה שוטפות לשמירת מערכות המים והביוב במצב תקין, וכן ניתן מענה מקצועי לטיפול בתקלות. האגף אחראי על תפעול ושדרוג מערכות המים והביוב, וכן על תחומי ביטחון המים ומשק המים והביוב לשעת חירום. כל זאת תוך עמידה בתקנים ובכללים הנדרשים, לרבות תקנות ההיערכות לשעת חירום של רשות המים ופיקוד העורף. בנוסף, האגף מוביל פרויקטים לשיקום ופיתוח תשתיות מים וביוב בהתאם לתוכניות האב המאושרות ולתוכנית ההשקעות שאושרה על ידי דירקטוריון החברה. פרויקטים אלו מבוצעים תוך הקפדה על עמידה בתקני הבנייה והתשתיות הרלוונטיים, עבודת האגף מתמקדת בשמירה על רמת שירות גבוהה, תוך התמודדות עם אתגרים הנדסיים ותפעוליים מורכבים בתחום המים והביוב.
אגף הנדסה ותפעול מטפלת בהליכי רישוי הבנייה, מספקת מידע תכנוני ליזמים, ובודקת ומאשרת נספחים סניטריים להיתרי בנייה.
בנוסף, המחלקה מבצעת סיורי טופס 4, מעניקה חוות דעת מקצועיות, ומספקת הנחיות לבנייה תקנית.