กำเนิดทะเลหลวง (แก้มลิง) เมื่อครั้งพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดชเสด็จเยือนเมืองสุโขทัย เมื่อ พ.ศ. 2535 ทรงมีพระราชดำริว่า แม่น้ำยมในฤดูฝนมีน้ำมาก ในฤดูแล้งเกือบไม่มีน้ำ ให้พิจารณากั้นน้ำเป็นช่วงๆ เพื่อผันน้ำเข้าคลองธรรมชาติที่มีอยู่เดิมทั้งฝั่งซ้ายและฝั่งขวาของแม่น้ำยม และขุดลอกให้สามารถส่งน้ำไปกักเก็บไว้ตามหนองบึงตามธรรมชาติได้

จากพระราชดำริสำคัญนี้ ฯพณฯ สมศักดิ์ เทพสุทิน เมื่อครั้งดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ น้อมรับกระแสพระราชดำริมาศึกษาวิเคราะห์ สภาพแม่น้ำยมตั้งแต่จังหวัดแพร่ จึงได้เริ่มทำโครงการพัฒนาแหล่งน้ำในจังหวัดสุโขทัยหลายโครงการ และหนึ่งในโครงการสำคัญก็คือโครงการสร้างแหล่งกักเก็บน้ำทะเลหลวง (แก้มลิง) ขึ้นในปี 2545 เป็นการบริหารจัดการน้ำตามแนวพระราชดำริของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวเกี่ยวกับพื้นที่หน่วงน้ำ (DetentionBasin) เพื่อแก้ปัญหาน้ำท่วม โดยพิจารณาจากธรรมชาติของลิงอมกล้วยไว้ในกระพุ้งแก้มได้คราวละมากๆ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวฯ ทรงอธิบายว่า ลิงโดยทั่วไปถ้าเราส่งกล้วยให้ลิงจะรีบรับปอกเปลือกเอาเข้าปากเคี้ยว แล้วนำไปเก็บไว้ที่แก้มก่อน ลิงจะทำอย่างนี้จนกล้วยหมดหวี หรือเต็มกระพุ้งแก้ม จากนั้นจะค่อยๆ นำออกมาเคี้ยวและกลืนกินภายหลัง