Усть-Среднеканская ГЭС была спроектирована институтом «Ленгидропроект» в 1980-х годах, технико-экономическое обоснование строительства станции было утверждено приказом Министерства энергетики и электрификации СССР (Минэнерго СССР) от 4 января 1989 года. По поручению Госкомприроды РСФСР Магаданским областным комитетом по охране природы по проекту строительства Усть-Среднеканской ГЭС была проведена экспертиза и выдано положительное заключение от 25 октября 1990 года. Титул строительства утверждён Минэнерго СССР 21 декабря 1990 года, строительство предполагалось осуществить в 1991—2000 годах, с вводом гидроагрегатов в 1999 году. В 1991 году было создано управление строительства «СреднеканГЭСстрой», начаты работы подготовительного этапа — строительство автомобильной дороги до посёлка Усть-Среднекан, подготовка строительной базы. В 1992 году в створе гидроузла были начаты земляные работы — отсыпаны перемычки котлована основных сооружений, был введён в эксплуатацию временный бетонный завод. Первый кубометр бетона на строительстве ГЭС был уложен в 1993 году, в этом же году введён в эксплуатацию мост через Колыму, обеспечивший транспортную связь с левобережной площадкой строительства. В 1996 году в эксплуатацию был введён первый башенный кран (КБГС-450), а также вторая очередь временного бетонного завода и подстанция 110/35/6 кВ. Постановлением Правительства Российской Федерации от 20 ноября 1995 года «О неотложных мерах государственной поддержки для решения социально-экономических проблем Магаданской области» Усть-Среднеканская ГЭС включена в перечень важнейших строек и объектов, финансируемых за счёт средств федерального бюджета. В 1999 году начался монтаж гидросилового оборудования — отсасывающих труб первых двух гидротурбин, а также начаты работы по устройству противофильтрационной завесы. В целом в 1990-х годах строительство велось низкими темпами ввиду недостаточного финансирования, которое осуществлялось в основном из федерального бюджета

В 2000 году были смонтированы спиральные камеры гидротурбин, в 2002 году произведён монтаж отсасывающих труб гидроагрегатов № 3 и 4. В 2001 году при пропуске ледохода в створе гидроузла образовался ледяной затор, что привело к нерасчётному подъёму воды и затоплению строительного котлована, из которого были заблаговременно выведены люди и техника, что позволило свести ущерб к минимуму. В дальнейшем были разработаны специальные мероприятия по предотвращению заторов путём повышенных сбросов воды с Колымской ГЭС. В 2004 году на склады заказчика были доставлены два гидрогенератора, уложено 26 тыс. м³ железобетона. Проект Усть-Среднеканской ГЭС прошёл повторную государственную экспертизу и 9 марта 2004 года был заново утверждён актом Министерства энергетики. Был поднят вопрос о целесообразности продолжения строительства станции — 21 января 2005 года в Минпромэнерго России состоялось заседание Межведомственной рабочей группы по определению целесообразности достройки Усть-Среднеканской ГЭС. В заседании приняли участие представители Минэкономразвития России, РАО «ЕЭС России», администрации Магаданской области, независимые эксперты. Межведомственной рабочей группой с учётом экспертного заключения и позиций заинтересованных ведомств было принято решение о достройке пускового комплекса Усть-Среднеканской ГЭС. В 2005 году были изготовлены и доставлены два гидрогенератора, уложено 26 тыс. м³ железобетона и 30 тыс. м³ насыпи

В 2006 году на строительстве было уложено 26 тыс. м³ железобетона, 13 и 27 сентября того же года в аэропорт Магадана были доставлены два временных рабочих колеса турбин ГЭС, весом по 96 тонн каждое. Общая готовность пускового комплекса ГЭС превысила 80 %. В 2007 году строительство Усть-Среднеканской ГЭС было включено в федеральную целевую программу «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья на период до 2013 года» и было существенно активизировано — впервые на продолжение строительства было выделено более миллиарда рублей. В июле 2007 года из ОАО «Колымаэнерго» были выделены дочерние общества — ОАО «Усть-Среднеканская ГЭС» (заказчик строительства) и генеральный подрядчик по строительству ОАО «Усть-СреднеканГЭСстрой».

В 2008 году в результате реформы «РАО ЕЭС» строящаяся станция перешла в собственность ОАО «РусГидро». В апреле на стройплощадку станции были доставлены по зимнику рабочие колёса гидротурбин, до того момента находившиеся на хранении в аэропорту. В декабре была начата сборка гидроагрегата № 1. За год уложено 86 тыс. м³ гидротехнического бетона, выполнен монтаж напорных водоводов, мостовых кранов машинного зала грузоподъёмностью 320 т, большие объёмы земляных и цементационных работ. Начато строительство ВЛ 220 кВ «Усть-Среднеканская ГЭС — Оротукан». Значительное увеличение объёмов работ вызвано ростом финансирования в 2 раза, до 2,5 млрд руб. В 2009 году было уложено 55 тыс. м³ бетона, велись монтаж двух гидротурбин (смонтирована 1000 т оборудования) и проходка подходного и дренажного тоннелей

В 2010 году строительство впервые финансировалось не только из средств федерального бюджета (812 млн руб.), но и за счёт инвестиционных средств ОАО «РусГидро» в объёме 2 млрд руб. За год уложено 56 тыс. м³ бетона, на строительную площадку доставлены два силовых трансформатора, вёлся монтаж затворов водосбросной плотины, земляные работы. В 2011 году строительство станции было профинансировано на рекордные 4,7 млрд руб., 7 июля было произведено затопление строительного котлована ГЭС, 25 сентября в створе ГЭС перекрыта река Колыма, пропуск воды осуществляется через отверстия водосбросной плотины. В течение года было уложено 73 тыс. м³ бетона, смонтировано более 2000 тонн металлоконструкций, земляные работы (разработка карьеров и отсыпка грунта) выполнены в объёме 2,8 млн м³, завершена проходка подходного и дренажного тоннелей.

В 2012 году сооружения напорного фронта Усть-Среднеканской ГЭС возведены до отметки первого пускового комплекса. В течение года велись работы по отсыпке земляной плотины, монтажу гидроагрегатов и КРУЭ 220 кВ.

Пуск первых двух агрегатов на пониженной отметке водохранилища произведён в 2013 году (мощность ГЭС составила 168 МВт). В 2015 году в основные бетонные сооружения Усть-Среднеканской ГЭС уложено почти 32 тыс. м³ бетона, высота отдельных секций плотины увеличена на 6 метров. Также в 2015 году строители продолжали возведение земляной плотины в её русловой части. Выполнялась отсыпка упорных призм, ядра, переходных зон. Всего за год в тело плотины уложено более 1 млн м³ грунта. В июне 2016 на стройплощадку доставлено рабочее колесо турбины гидроагрегата № 3.

Гидроагрегат № 3 пущен 5 марта 2019 года, мощность ГЭС увеличилась до 310,5 МВт. В июне 2021 года, после замены временного рабочего колеса гидроагрегата № 1 на штатное, мощность станции возросла до 369 МВт. Для завершения строительства станции необходимо достроить плотины, заменить временное рабочее колесо на штатное на гидроагрегате № 2, смонтировать гидроагрегат № 4, пуск которого намечен на 2022 год. Полное завершение строительства станции запланировано на 2023 год.