Необходимость строительства Хабаровской ТЭЦ-3 была обоснована еще в 1960-е годы. Но в связи с дефицитом тепловой энергии в городе было принято решение сначала построить пиковую котельную. Пуск первого энергоблока ТЭЦ состоялся только 15 ноября 1985 года, а в течение трех лет были введены в строй еще два. Развитие станции приостановили кризисные времена. Долгожданный ввод в эксплуатацию четвертого энергоблока в 2006 году и третьей градирни в 2007-м позволил ликвидировать дефицит теплоэнергии в Хабаровске во время зимних нагрузок, охватить централизованным теплоснабжением жилые районы, до этого обогреваемые низкоэффективными котельными. Электрическая мощность станции выросла до 720 МВт, тепловая – до 1640 Гкал.

25 октября 2012 года четвертый энергоблок впервые заработал на экологически чистом топливе – природном газе. В 2015 году стартовала последовательная реконструкция градирен и замена устаревшего оборудования. Благодаря пластиковым оросителям и водоуловителям процесс охлаждения воды идет быстрее и эффективнее.

В начале 2020 года один из трех водогрейных паровых котлов пиковой котельной – оборудование, много лет работавшее на мазуте, – перевели на природный газ. Летом началась замена электрофильтров, которые будут улавливать до 99,9% частиц золы. В 2021 году планируется начать реконструкцию второй из трех градирен.