Изучение гидроэнергетического потенциала Зеи началось еще в 1930-х годах. В 1954 году проведенные исследования выявили наиболее перспективный створ – так называемые «Зейские ворота», где река прорезает горную цепь хребтов Тукурингра и Соктахан. Строительство станции началось в 1964 году. 27 ноября 1975 года был пущен первый гидроагрегат Зейской ГЭС, а в декабре 1980-го, с введением в эксплуатацию шестого гидроагрегата, она заработала в проектном режиме. За свою историю станция выработала более 207 млрд кВт·ч электроэнергии.
Зейская ГЭС по праву считается уникальной – при ее проектировании и строительстве использовались революционные для своего времени инженерные решения. Бетонная смесь для строительства основных сооружений изготавливалась с применением крупного заполнителя из гравия с местных карьеров, что заметно сократило расходы. Были установлены мощные диагональные поворотно-лопастные турбины, оригинальная конструкция и характеристики которых позволили осуществить пуск первого гидроагрегата на промежуточном напоре воды. В дальнейшем оборудование работало на нерасчетных низких напорах вплоть до момента наполнения водохранилища до проектных отметок. Зейская ГЭС – единственное в России гидросооружение массивно-контрфорсного типа.
Благодаря строительству Зейской ГЭС на карте Дальнего Востока появилось первое искусственное море, а еще Зейское водохранилище – третье в России по объему воды после Братского и Красноярского.
До строительства плотины жители Приамурья страдали от разрушительных разливов рек, уничтожавших урожай и топивших населенные пункты. За время эксплуатации станция не раз прошла серьезные испытания «большой водой», принимая на себя основной удар и смягчая последствия разгула стихии, которые могли стать катастрофическими.