Строительство ТЭЦ-12 началось в 1930-х годах, первый энергоблок был введен в эксплуатацию 17 июня 1941 года, за считанные дни до начала Великой Отечественной войны.
Значимым этапом модернизации ТЭЦ-12 стал ввод в эксплуатацию нового парогазового энергоблока мощностью 220 МВт. В результате установки нового оборудования установленная электрическая мощность станции увеличилась более чем в 1,5 раза — до 611,6 МВт.
Вырос коэффициент полезного действия электростанции, снизился расход топлива и уровень выбросов в атмосферу. Для охлаждения используемой в технологическом цикле воды на новом энергоблоке возведена «сухая» вентиляторная градирня, что уменьшило объемы забора воды из Москвы-реки.