Большим бедствием для Приамурья было наводнение 1928 года. После продолжительных дождей Зея вышла из берегов и устремилась на улицы города. Была затоплена огромная площадь, частично или полностью уничтожены многие населенные пункты. В низовьях Зея разлилась на 20 - 25 километров, затопив значительную часть Благовещенска. Это наводнение послужило толчком к развитию гидрологических исследований Зеи. В 1931 году во Владивостоке состоялось совещание, на котором принято решение составить генеральный план электрификации Дальневосточного края. На Зее, Селемдже и Бурее рекомендовано построить регулирующие плотины, т.к. эти реки несут главные беды бассейну Амура. Уже в начале 30-х годов «Гидроэнергопроект» провел на Зее и ее притоках значительные изыскания. Результаты их легли в основу первой схемы гидроэнергетического использования Зеи. В этой схеме предусматривалось строительство регулирующих плотин, совмещенных с гидроэлектростанциями на средней Зее и Селемдже. Однако в те годы не было возможности приступить к гидроэнергетическому строительству на Дальнем Востоке. Такая возможность появилась только в 50-х годах. В 1954 году в город Зею прибыла группа изыскателей-ленинградцев из института «Гидроэнергопроект». Им поручено детально изучить условия, выбрать створ для строительства на Зее гидроузла. Положено начало Зейской экспедиции № 8. В 1958 году Ленинградское отделение института «Гидроэнергопроект» выпустило сводный труд «Схема комплексного гидроэнергетического использования рек Зеи и Селемджи». Руководил работой опытный гидротехник Г. А. Претро. Этот труд неопровержимо доказал, что первоочередный гидроузел Зейского каскада необходимо строить у Зейских Ворот. 22 февраля 1964 года Приказом министра энергетики и электрификации СССР образована дирекция строящейся Зейской ГЭС и Управление строительства «Зеягэсстрой». Начальником строительства назначен А.М. Шохин, главным инженером - В.В. Конько. 5 марта изданы первые два приказа по личному составу «Зеягэсстроя», также в марте на Зею прибыли первые гидростроители-монтажники А. Н. Садыкин, В. Е. Мурзин, И. Д. Волков, бригадиры плотников В. П. Маркитахин, М. М. Васильев, бригадир монтажников М. П. Кулаченко, техник М. И. Гераськина, водитель П. В. Хвощинский, заместитель главного бухгалтера Р. С. Головко, главный бухгалтер Б. М. Суслов, начальник отдела труда и заработной платы М. И. Волков, диспетчер автохозяйства Н. С. Кулаченко, зам. начальника строительства Э. А. Волынец, заведующая общим отделом А. И. Парецкая и другие. «Зеягэсстрой» начинал в двух строительных районах, расположенных в 120 километрах друг от друга: первый район - в городе Зее, где велось строительство жилого поселка и объектов производственной базы строительства; второй — на железнодорожной станции Тыгда, где предстояло построить перевалочную базу с автохозяйством и жилым поселком. 8 апреля на стройку начала поступать техника. Прибыли первые четыре автомашины МАЗ-200М. В ноябре состоялось первое новоселье у гидростроителей: сдан первый шестиквартирный дом в жилом квартале № 1 в городе Зее. К концу1964 года были введены в эксплуатацию 13 жилых домов, первоочередное складское хозяйство на реке Улагач в районе станции Тыгда, временный растворный узел в Зее. Механизированный парк «Зеягэсстроя» состоял из 5 экскаваторов, 5 бульдозеров, 3 кранов автомобильных и на пневмоходу, 4 автогрейдеров. Автомобильный парк насчитывал 68 машин. Всего на стройке работало 829 человек. 19 октября 1965 года были начаты работы на основных сооружениях. Отсыпаны первые кубометры грунта в ограждающие перемычки. В декабре 1965 года жилой поселок гидростроителей в Зее получил централизованное теплоснабжение. Начали работать дизельные энергопоезда, обеспечившие стройку электроэнергией. В канун нового, 1966 года в Зее гидростроители сдали в эксплуатацию первый котловагон «ЭП-12» производительностью 12 тонн пара в час. 27 декабря 1965 года в тепломагистраль промбазы подан первый пар. 1965 год замечателен тем, что строители вышли на створ гидроузла, начали сооружение подъездных дорог и отсыпку струенаправляющих дамб. У Зеи отвоеван плацдарм для дальнейшего развертывания работ по сооружению перемычек котлована первой очереди. В июле 1969 года был осушен котлован первой очереди. 30 января 1970 г. - уложен первый кубометр бетона в плотину. 1970 год, это год пуска важнейших объектов: первой очереди бетонообогатительного хозяйства, асфальтобетонного завода, формовочного цеха домостроительного завода, тёплой стоянки строймеханизмов, главной понизительной подстанции и других производственных объектов. В основные сооружения уложено 33 тысячи кубометров бетона. 13 октября 1972 г. - перекрыто русло Зеи. 12 июня 1973 г. - уложен первый бетон в здание ГЭС. 27 ноября 1975 г. - в 14 часов первый агрегат Зейской ГЭС поставлен под нагрузку. 24 сентября 1975 г. - пущен второй агрегат. 25 декабря 1975 г. - введён в эксплуатацию третий агрегат. 6 ноября 1977 г. - поставлен под промышленную нагрузку 4 гидроагрегат. Задействовано первое на Дальнем Востоке ОРУ-500. 8 декабря 1978 г. - выдал первый ток пятый агрегат. 24 июня 1980 г. - вступил в строй шестой агрегат Зейской ГЭС. Электростанция введена на полную мощность. 27 ноября - подписан акт приёмки в постоянную эксплуатацию Зейской ГЭС. С этого момента строительство Зейской ГЭС считается завершённым.

Объект расположен между хребтами Соктахан и Тукурингра. В состав сооружений ГЭС входит бетонная массивно-контрфорсная плотина; приплотинное здание ГЭС.

Плотина ГЭС состоит из следующих элементов:

водосбросная плотина длиной 180 м; станционная часть плотины длиной 144 м и наибольшей высотой 115,5 м; глухая левобережная плотина длиной 240,2 м и высотой 110 м.; правобережная плотина длиной 150 м и высотой 110 м.

Мощность ГЭС — 1 330 МВт, среднегодовая выработка 4 910 млн кВт·ч. Плотина ГЭС образует крупное Зейское водохранилище. Площадь водохранилища — 2 419 км², полная и полезная ёмкость водохранилища — 68,42 и 38,26 км³. Водохранилище имеет большое противопаводковое значение.

Зейская ГЭС построена в тяжёлых климатических условиях резко континентального климата (годовой перепад температур 80 °C). Это первая ГЭС в России с диагональными гидротурбинами. Плотина ГЭС уникальна, в России плотин ГЭС аналогичного типа больше нет.