La costruzione dello sbarramento, iniziata nel 1940 con l'obiettivo di creare un grande invaso in Val Fraele a monte della vecchia diga di Cancano, si concluse nel 1950 (subì rallentamenti ed interruzioni a causa degli eventi bellici).
L'opera, notevole in rapporto all'epoca per il volume, i mezzi di cantiere e per le soluzioni tecniche impiegate, è una diga di tipo a speroni nella parte centrale e raccordata a due dighe laterali a gravità massiccia.
Ai piedi della diga venne realizzata una piccola centrale idroelettrica che utilizzava il salto esistente tra la quota di San Giacomo e quella di Cancano.
La centrale fu dismessa e l'edificio sommerso con la realizzazione della nuova grande diga di Cancano che oggi, a massimo invaso, lambisce la porzione inferiore del paramento di valle della diga di San Giacomo.
Nell'invaso confluiscono le portate del canale dello Spoel e del canale Gavia - Forni - Braulio oltre alla portata naturale del primo tratto del fiume Adda le cui sorgenti sono nelle immediate vicinanze del bacino.
Dalla primavera del 2004 sono iniziati i lavori di manutenzione e ammodernamento tecnologico della diga che sono attualmente in fase di ultimazione.
Oltre al consolidamento della struttura, con la realizzazione di rivestimenti a protezione dei calcestruzzi del paramento di valle per evitare fenomeni d'invecchiamento e degrado superficiale, è stato realizzato un solettone sempre in calcestruzzo per proteggere la base della diga dalle periodiche inondazioni dovute alla variazione di livello della diga di Cancano.
Fa parte del sistema anche una Centrale idroelettrica con potenza di 10 MW funzionante grazie alle acque riversate dalla diga di San Giacomo nell'invaso di Cancano.