Строительство Нижнекамскоой ГЭС было начато по распоряжению Совета Министров СССР №549р от 19.03.1963 года.

В феврале 1963 года в Набережных Челнах появились первые изыскатели экспедиции №45 Куйбышевского филиала "Гидропроект".  Прибыли строители "Альметьевскнефтестроя" и "Лениногорскстроя" (управление "Ромашкинонефтестрой"). Строительный трест "Куйбышевгидрострой", который вел строительство Заинской ГРЭС, создал отдельный строительный район в Набережных Челнах (СМУ-9).

30 мая 1964 года было организовано Управление строительства по сооружению Нижнекамской ГЭС и Заинской ГРЭС - "Камгэсэнергострой".

В мае 1965 года строительство Нижнекамской ГЭС было объявлено Республиканской ударной комсомольской стройкой. 

В 1969 году управление "Камгэсэнергострой" преобразовано в Объединение с многочисленными управлениями по строительству заводов, города, гидростанции, водохранилища, объектов сельского хозяйства. "Камгэсэнергострой" в Татарстане ввел в строй целый ряд энергетических объектов: Заинская ГРЭС, Нижнекамская ГЭС, ТЭЦ КамАЗа (Набережночелнинская ТЭЦ), Нижнекамские ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, Казанские ТЭЦ.

Дирекция строящейся Нижнекамской ГЭС вошла в состав Районного энергетического управления Татарской АССР (РЭУ "Татэнерго"). Основным заказчиком-застройщиком оставалось Министерство энергетики и электрификации СССР.

В августе 1969 года обнародовано решение Правительства СССР о строительстве автозавода "Камаз" в Набережных Челнах, генеральным подрядчиком которого стал "Камгэсэнергострой", в связи с этим, с 1970 по 1972 годы строительство гидроузла Нижнекамской ГЭС практически остановлилось.

Основной объем строительных работ по зданию ГЭС был завершен к концу октября 1978 года.

Акт приемки в эксплуатацию законченного строительством пускового комплекса гидроагрегата №1 Нижнекамской ГЭС был подписан Государственной комиссией 30 июня 1979 года.