29 декабря 1970 г. началось строительство станции, и уже 27 августа 1975 г. был пущен первый блок.

В конце 1980 гг. коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) Северной ТЭЦ был максимальным и составлял 60%.

В 1984 г. Ленинградским отделением института «Атомтеплоэлектропроект» был разработан проект строительства II очереди Северной ТЭЦ, в котором предусматривались  2 энергоблока по 180 МВт и 520 Гкал/ч. 

Это строительство соответствовало Генеральному плану развития Ленинграда, в котором планировалась массовая жилищная застройка северных и северо-восточных районов города. Вторая очередь Северной ТЭЦ (как и Северо-Западная ТЭЦ) рассматривалась как часть замещающих мощностей Ленинградской АЭС. Проект полностью отвечал планам советской экономики и Министерство энергетики и электрификации СССР его утвердило.  

В течение 1980-х – 1990-х годов разрабатывались различные проекты по увеличению мощностей станции, которая использовалась на 60% своих возможностей. Сначала непростая экономическая ситуация в стране в начале ХХI века, а после и изменения в стратегии городской застройки внесли коррективы в планы развития станции. 

Сегодня расширение Северной ТЭЦ, имеющей большой резерв тепловой и электрической мощности, в полной мере зависит от развития инфраструктуры северных районов Санкт-Петербурга и прилегающих к ним территорий.