Верхнюю ступень каскада на Каме построили со второй попытки. Первый раз строители появились на берегах реки в 1934 году, но уже через три года работы были прекращены – как оказалось, геологическое строение грунтов в основании станции оказалось гораздо сложнее, чем предполагалось, и возведение ГЭС по изначальному проекту сочли слишком рискованным. Несмотря на начало войны, проектные работы были продолжены, конструкция станции была сильно переработана и в 1944 году строительство Камской ГЭС было возобновлено. Первый гидроагрегат пустили в 1954 году, последний (экспериментальную горизонтальную гидротурбину) – в 1958-м.
Конструкция Камской ГЭС весьма необычна, что связано с необходимостью уменьшить заглубление сооружений в лежащие в основании загипсованные глины. С этой целью в здании ГЭС разместили сразу 23 гидроагрегата, а также совместили здание ГЭС и водосбросную плотину. При этом водосбросы расположили над гидроагрегатами, что привело к нестандартной конструкции машинного зала – он разделен на отдельные отсеки, краны расположены вне машзала, а при необходимости сборки-разборки гидроагрегатов снимаются специальные крышки на водосливах. Необычны и судоходные шлюзы гидроузла – каждая из двух ниток состоит сразу из шести камер.
Станция мощностью 552 МВт находится непосредственно в городе Пермь с населением более миллиона человек и является важным элементом энергосистемы Урала – от Камской ГЭС отходят сразу 14 линий электропередачи напряжением 110 и 220 кВ. Кроме того, станция служит автомобильным и железнодорожным мостом. Напорные сооружения ГЭС образуют Камское водохранилище, обеспечивающее регулирование стока Камы и являющееся одним из трех основных регулирующих водохранилищ всего Волжско-Камского каскада.
Камская ГЭС стала первой гидроэлектростанцией РусГидро, на которой в рамках программы комплексной модернизации было завершено обновление гидросилового оборудования. В целом, модернизация станции близится к завершению – помимо гидроагрегатов, заменено гидромеханическое оборудование, силовые трансформаторы, оборудование распределительных устройств.