Вопрос о строительстве ТЭЦ решался достаточно долго, начиная с середины 1950-х гг. Помощь оказал первый заместитель Министра энергетики П. П. Фалалеев, после визита которого появилось совместное письмо Минэнерго и Карельского обкома КПСС.

Проект теплоцентрали был утвержден Минэнерго СССР в 1969 году. Спустя три года началось строительство, а подача тепла в город была осуществлена первой водогрейной котельной в 1976 году, первый участок магистральных тепловых сетей был построен в 1977 году. В этом же году станция дала городу электроэнергию. В 1982 году Петрозаводская ТЭЦ была выведена на полную мощность в 270 МВт. С вводом ТЭЦ и магистральных тепловых сетей в столице Республики Карелия в течение нескольких лет было закрыто свыше 100 мелких неэкономичных котельных. Это улучшило экологическую обстановку в городе и повысило качество теплоснабжения.ТЭЦ начала строиться в 1972 г., работать на полную мощность — в 1982 г. 

С вводом ТЭЦ было закрыто свыше 100 неэкономичных котельных, что заметно улучшило экологическую обстановку в городе.

В 2008 году завершено строительство подкачивающей насосной станции № 3 в одном из самых населенных микрорайонов Петрозаводска. С вводом ее в эксплуатацию было улучшено теплоснабжение микрорайона, более того, это дало возможность подключиться к сети новым абонентам.

В 2009 году закончены работы по реконструкции градирни № 1, что позволило увеличить срок ее службы, сократить ограничения рабочей мощности и повысить эффективность работы Петрозаводской ТЭЦ. В 2012 году аналогичные реконструкционные работы планируется выполнить на градирне № 2.

С 2012 года длительных отключений горячей воды в зоне теплоснабжения Петрозаводской ТЭЦ летом производиться не будет, что является результатом масштабных работ по модернизации и резервированию основного оборудования станции, проведенных энергетиками ТГК-1 в последние годы. Важным этапом в развитии системы теплоснабжения Петрозаводска станет также перевод магистральных тепловых сетей Петрозаводской ТЭЦ в режим непрерывной циркуляции горячей воды в магистральных тепловых сетях в летний период. Это не только будет способствовать повышению уровня комфорта горожан, но и увеличивает надежность работы инфраструктуры.