La réalisation du centre nautique d’Aubervilliers résulte de la volonté de l’État de doter la France d’infrastructures sportives dont le nombre est insuffisant eu égard à l’accroissement sans précédent des pratiques sportives au lendemain de la Seconde Guerre mondiale. C’est ainsi qu’André Karman, maire communiste d’Aubervilliers élu en 1957, profite des crédits accordés par l’État pour lancer le projet d’aménagement d’un nouveau centre nautique, dans le cadre du programme national de construction de piscines.
Achevé en 1972, le centre nautique d’Aubervilliers est l’œuvre de l’Atelier d’urbanisme et d’architecture (AUA) fondé par Jacques Kalisz (1926-2002) et Jean Perrottet (1925-2021). Les deux architectes contribuent à l’élaboration d’études urbaines pour les villes de Pantin et d’Aubervilliers, le cœur de leur activité s’orientant toutefois vers la conception de logements collectifs et d’équipements publics. Le centre nautique pâtit cependant de problèmes d’étanchéité et d’entretien dès le milieu des années 1970. Ces problèmes ne sont résolus qu’à partir de 2010, dans le cadre de la réhabilitation et de la rénovation dont fait l’objet le bâtiment.
Inscrit en plein cœur de la commune, le centre nautique d’Aubervilliers forme avec le stade municipal voisin un complexe sportif central devenu symbole d’une vision sociale progressiste de la ville. Le terrain choisi pour implanter l’édifice jouxte plusieurs constructions majeures réalisées par les membres de l’AUA à Aubervilliers : l’ensemble d’habitation Cité République, le théâtre de la Commune et la bibliothèque municipale.
Familial, cet équipement réunit un bassin de compétition, un bassin d’apprentissage et un bassin à fond mobile destiné à la plongée et aux plongeons. La singularité du bâtiment réside par ailleurs dans sa couverture assurée par une structure métallique légère, représentative de la vision de Jacques Kalisz et Jean Perrottet d’inventer une nouvelle « architecture industrialisée ». Il s’agit en effet pour les deux architectes d'associer création architecturale et processus industriel, car le renouveau des formes architecturales est lié selon eux au développement de techniques constructives innovantes.
Remaniée lors de la rénovation de l’édifice, la polychromie ludique imaginée par l’artiste Max Soumagnac présente un caractère didactique et des tonalités modernistes qui soulignent la fonction spécialisée des piscines : le jaune pour le bassin école, le rouge pour le bassin de plongée, le bleu vert pour le bassin de compétition et le bleu foncé pour le pavillon central. Les aménagements intérieurs et le choix du mobilier sont l’œuvre de l’architecte Annie Tribel.
En 2011, la piscine est rebaptisée Centre nautique Marlène-Peratou (1953-2010), en hommage à celle qui fut présidente de la section natation du Club Municipal d’Aubervilliers (CMA), figure active de la promotion de l’accès de tous les enfants aux activités du club. En 2018, l’édifice reçoit le label Architecture contemporaine remarquable.