Первый гидроагрегат был пущен в 1964 г., второй, третий и четвертый – в 1965 г. 27 октября 1965 г., когда все гидроагрегаты были введены в эксплуатацию, считается днем рождения станции. 

Первоначально установленная мощность Верхне-Туломской ГЭС составила 228 МВт. Но выяснилось, что ее турбины имеют значительный запас мощности. Был проведен комплекс работ по модернизации генераторов и другого оборудования. В результате мощность станции выросла на 40 МВт без ввода новых агрегатов. До 1975 г. станция выполняла роль регулятора частоты в Кольской энергосистеме. После подключения к объединенной энергосистеме Северо-Запада роль Верхне-Туломской ГЭС изменилась – она стала регулировать переток электроэнергии в Карелию.