1958年9月27日，在震天的炮声中，刘家峡水电站动工兴建，掀起了新中国水电建设的第一次热潮。

刘家峡水电站是新中国成立后第一个五年计划的重点工程，是中国人民自己勘测设计、自己制造设备、自己施工安装、自己调试管理的第一座百万千瓦级大型水电站，创造了当时混凝土重力坝最高、单机容量最大、电压等级最高、输电距离最长等多个第一，是新中国水电事业的标志性工程。电站集发电、防洪、防凌、灌溉、养殖、航运、供水等功能于一身，惠泽甘肃、宁夏、内蒙古、陕西及黄河中下游广袤大地，为国民经济迅猛发展作出了重大贡献。

中国第一座百万千瓦级水电站的动工建设，对当时的中国水电建设者来说，就是一个集合令——数万名建设大军从祖国四面八方汇聚于寂静的刘家峡谷，发扬“没有条件创造条件也要上”的大无畏精神，克服机械设备不足、技术手段落后、生活条件艰苦等诸多困难，掀开了中国水电发展史上新的一页。

历时11年艰苦卓绝，1969年4月1日，刘家峡水电站第一台机组投产发电；1974年12月，电站五台机组全部投产；1975年2月4日，刘家峡水电站全面建成，中国人民根治黄河水害，开发黄河水利资源的伟大事业迈出了关键一步。

1980年竣工验收时，刘家峡水电站核定装机容量为116万千瓦。1987年至2002年，电站利用国内外先进技术和设备，历时15年自主完成了5台机组增容改造，净增出力19万千瓦。2007年8月，电站建成投运甘肃省第一座330千伏GIS开关站；2011年2月，电站220千伏GIS开关站建成投运，送出能力实现“华丽转变”，彻底解决了窝电现象。

2018年8月，新建洮河口排沙洞2台15万千瓦机组投运，洮河口排沙洞实现“一洞两用”，进一步提高了刘家峡水电站的水能利用率和电站调峰能力，缓解了甘肃电网并网新能源装机容量大电网调节困难的问题。

截至2022年3月31日，刘家峡水电站累计发电量达2587亿千瓦时，相当于节约燃煤9040.5万吨，减少二氧化碳排放23686.11万吨，减少二氧化硫排放76.84万吨，强大的清洁电能为西北地区经济发展作出了巨大贡献。