二泉水系包括上、中、下三池，上、中池在泉亭内。上池圆形，深1．94米，上有八角形石栏，其边长各0．80米；中池毗邻上池，两者相距仅0．65米，方形，深约1米，其上的方形石栏每边长1．40米。两池呈天圆地方之像，又在池的上方凿水口相通。由于宋高宗赵构在绍兴辛巳年（1161年），曾在此酌泉，“故其后设栏卫护”，所存青石围栏，均系明代遗物。

保护上、中池的泉亭，始建年代不详。据南宋绍兴十一年（1141年）孙觌《惠山陆子泉亭记》载：“泉旧有亭覆上，岁久腐败，又斥其羸，彻而大之，广深袤丈，廓焉四达，遂与泉称。”主持重建工作的，是惠山寺僧法嗥。又传因赵构曾驻跸酌泉，重建的泉亭在亭顶装饰双龙戏珠，题额“源头活水”。赵构这次“酌泉”还留有一段掌故：由于放在泉井上的“汲桶有吴安二字，盖阍吏姓名，而侍卫见之皆喜，谓吴地可安也”。到了明正德十三年（1518年）清明节，江南才子文徵明与友人蔡羽、汤珍、王守、王宠、潘和甫及弟子朱郎，茶会于二泉，文徵明为此作《惠山茶会图》，图中绘有二泉亭。该图今存北京故宫博物院，1997年被印成茶文化邮票，公开发行。该亭现建筑为清末重建，亭壁嵌元代书画名家赵孟頫“天下第二泉”石匾。该匾原为木制，于明代流失，清代在镇江丹徒县某氏家中发现，嘉庆八年（1803年），摹刻于石，重置于泉亭。20世纪90年代初，二泉亭作为中华名亭之一，被仿造于北京陶然亭公园，成为继乾隆于北京仿建寄畅园、竹炉山房、黄埠墩之后，又一个进京的无锡惠山人文景观。