Detektiver insåg omfattningen av onlinebiblioteket efter en knarkrazzia mot hans hem i Pontypridd, Rhondda Cynon Taff.
Den 36-årige Lost Prophets sångaren hade krypterade filer för att dölja sitt spår som en "fast" pedofil.
Men experter från GCHQ, den brittiska regeringens underrättelsehögkvarter, fick tillgång till de filer som gjorde det möjligt för polisen att lägga fram bevis så "överväldigande" att Watkins inte hade något annat val än att erkänna sig skyldig än att ställas inför rätta, säger den officer vars team förde honom inför rätta.
South Wales Police Det Ch Insp Peter Doyle avslöjade att officerare hittade totalt 27 terabyte datalagring från datorer och enheter som fanns i Watkins ägo.
Dessutom "mycket multi-media och dator kunnig" Watkins gjorde omfattande användning av molnbaserade lagring för att dölja sina pedofila bilder från snokande ögon.
Watkins hade använt en hänvisning till barnmisshandel som sitt lösenord.
I genomsnitt kan en terabyte-drift hålla 472 timmar video med sändningskvalitet eller 150 timmar högupplösningsinspelning.
De 27 terabytes Watkins höll för lite datalagring hos South Wales Police, som har 2 862 officerare och 1 631 stödpersonal.
Watkins har börjat ett 35-årigt straff efter att ha erkänt 13 brott inklusive våldtäktsförsök på ett barn.
Hans två medförsvarare - mödrar till de misshandlade barnen - satt också i fängelse i 14 och 17 år.
Han hade "väldigt förnekat" anklagelserna innan han ändrade sin vädjan i sista minuten.
I begränsning, sångaren har hävdat att hans missbruk hade lämnat honom utan minne av hans "prolific" missbruk.
Men polisen säger att omfattningen och arten av hans online pedofil samling tyder på domarens beskrivning av honom som "befästa och beslutsamma" är korrekt.
Det Ch Insp Doyle sade: " Tydligen var han människa som använde krypteringsverktyg. Han var en man som försökte dölja det han förvarade.
"Han gjorde stora ansträngningar för att dölja sitt orätta handlingssätt.
"Det tar lite tid att reda ut och utveckla, men det gjorde vi. Därför är vi där vi är idag."
En koppling till Interpol har lett till att polisen följer Watkins spår utomlands längs vägen av Lost Prophets turer, sade han.
Officerare samarbetar också med motparter i Boston och Los Angeles kontor i det amerikanska departementet för säkerhet i hemlandet.
Han tillade: "Det skulle vara sant att säga att vi har använt experter på hög nivå för att hjälpa oss när det behövdes.
– Slutsatsen är att om vi behöver någon som kan knäcka ett lösenord för oss så har folk på en hög nivå sagt "Ja, vi kommer att hjälpa dig".
"Det finns ett budskap där till människor. Det meddelandet är: du kan kryptera bort så mycket du vill. Men tro inte att du är säker.
"Det finns människor som kommer att hitta en väg in i apparaten och du kommer att föras till bok."
När Watkins leddes bort för att börja sitt straff - 29 år i fängelse följt av sex år på licens - Det Ch Insp Doyle sade att han inte kunde förklara Watkins ändrade vädjan, så undvika en rättegång.
Han sade: "Jag har ingen aning om varför han ändrade sin vädjan, förutom det faktum att, enligt min uppfattning som den ledande utredaren, bevisen mot honom och de två andra pedofilerna som var i hamnen med honom, var helt överväldigande."
Fängelset Pedofile Ian Watkins var så "tech kunnig" hans samling av barnmisshandel bilder och filmer uppgick till data nästan fem gånger storleken på den polisstyrka som arresterade honom.