Идея строительства Саяно-Шушенской ГЭС появилась в 1956-1960 годах, при разработке Ленгидропроектом схемы гидроэнергетического использования Енисея. В этом документе было определено, что более чем 200-метровое падение реки в районе Саянского коридора наиболее перспективно освоить путем сооружения одной крупной ГЭС.
Далее встал вопрос выбора створа. В 1961-1962 годах велись изыскания на пяти створах, из которых был в итоге выбран Карловский створ. Теперь проектировщики могли приступить к проработке конструкции гидроузла.
Были предложены и внимательно рассмотрены четыре основных варианта - с каменно-набросной, гравитационной бетонной, арочной и арочно-гравитационной плотиной. Причем вариант с грунтовой плотиной был на 5% дешевле выбранного в итоге варианта с арочно-гравитационной плотиной, но он требовал строительства сложного тоннельного водосброса, плюс "Красноярскгэсстрой", который должен был строить станцию, имел необходимый опыт и технику для возведения именно бетонных плотин.
В итоге в проектном задании, утвержденном в 1965 году, был принят вариант с арочно-гравитационной плотиной, но станция существенно отличалась от той, которая была в итоге построена. В здании ГЭС, занимавшем почти всю ширину русла, должны были размещаться 12 гидроагрегатов мощностью по 530 МВт, причем к каждому гидроагрегату пода подводилась по двум водоводам (такое решение уже было применено на Красноярской ГЭС). Справа и слева от здания ГЭС располагались два водосброса. При этом водосбросы были с носками-трамплинами и гашением энергии потока воды в яме размыва (такой тип водосброса можно увидеть, например, на Бурейской ГЭС).
После этого была начата разработка технического проекта (тем временем, в 1963 году были начаты подготовительные работы по строительству ГЭС). В 1968 году было принято решение об увеличении мощности каждого гидроагрегата до 640 МВт, что позволило уменьшить их количество до 10, а также перейти к схеме "один водовод на каждый гидроагрегат". В результате уменьшилась длина здания ГЭС, что, в свою очередь, позволило разместить водосбросные сооружения на одном участке плотины. Выбор конструкции водосброса был особенно сложен, рассматривалось и испытывалось на моделях много разных вариантов, в частности с центральным расположением водосброса и двумя зданиями ГЭС. Но остановились на варианте с водобойным колодцем, который обеспечивал лучшие гидравлические условия в нижнем бьефе и позволял избежать возможных проблем в ростом ямы размыва.
В утвержденном в 1971 году техническом проекте Саяно-Шушенской ГЭС станция обрела свой почти финальный облик. Почти - потому что уже после завершения строительства был спроектирован и сооружен береговой водосброс. Но это уже другая история.