Проектирование Рыбинской ГЭС началось в начале 1930-х годов, а в 1935 году приступили к строительству плотины. Строители одновременно возводили Угличскую ГЭС и Рыбинскую ГЭС в 90 километрах друг от друга. Они были первыми из Волжского каскада 11 ГЭС. Мощные гидроэлектростанции этого каскада стали символом индустриализации Советского Союза в 1930-е годы.
Угличская ГЭС была запущена первой в 1940 году. Она сыграла очень важную роль в обеспечении Москвы электричеством в период Битвы за Москву в 1941 году, когда немецкие войска подошли вплотную к столице. Москва была отрезана от подвоза угля и других источников энергии, но электричество Угличской ГЭС позволяло всем службам города стабильно функционировать.
Немецкие войска понимали важность Угличской и Рыбинской ГЭС. Вокруг обеих плотин в годы войны находились зенитные батареи. Немецкие самолеты безуспешно пытались бомбить Угличскую ГЭС до 1943 года. Рыбинскую ГЭС они не бомбили, так как по данным их авиаразведки строительство не было завершено, и ГЭС не могла вырабатывать электричество.
Однако советские власти решили иначе. К ноябрю 1941 года Рыбинская ГЭС была готова на 80% и первый гидроагрегат под брезентовыми шатрами запустили по временной схеме 18 ноября 1941 года. Второй гидроагрегат запустили 15 января 1942 года. Битва за Москву в это время была в самом разгаре и электричество с обеих ГЭС облегчало задачи обеспечения войск под Москвой.
Плотина Рыбинской ГЭС находится на реке Шексне, а шлюзы есть и на Шексне, и на Волге. ГЭС построена около места их слияния. Шлюзы Волжской ГЭС являются архитектурным памятником. В 400 метрах выше по течению на узком острове установлен 17-метровый Памятник Мать-Волга.
При строительстве Рыбинской ГЭС огромная территория (4550 квадратных километров) была затоплена. Из зоны затопления (663 села и город Молога) переселили более 120 тысяч человек. Рыбинское водохранилище чаще называют Рыбинское море. По площади оно занимает третье место в России и восьмое в мире. На момент его создания это был крупнейший искусственный водоем в мире.
После образования Рыбинского моря возможности рыболовства в этих краях возросли, хотя после строительства всего Волжского каскада ГЭС осетры в среднем течении Волги исчезли. Однако Рыбинское водохранилище для рыбаков-любителей из всех окрестных областей, по-прежнему, является излюбленным местом. Стерлядь здесь водится и в наши дни.