Автори проекту - архітектори Г. Шеєль і Ф. Шеффель. ЦЕС - єдина в Україні загальноміська електрична станція, що збереглася до наших днів. Заснування в Києві потужної на той час електростанції було зумовлено збільшенням попиту на споживання електроенергії, задовольнити який електростанції тогочасного міста не могли. У кін. 19 ст. Київ входив до п'яти міст Російської імперії, де разом із газовим використовувалося електричне освітлення. 1889 акціонерне товариство «Савицький і Страус» уклало договір з містом, за яким Товариство мало право на спорудження електричної мережі з підключенням до неї споживачів. Воно побудувало в центрі Києва дві перші електричні станції перемінного струму - Театральну (біля Міського театру) й Думську (на Хрещатику) в садибі готелю «Росія». Для забезпечення потреб міста не тільки в його освітленні, а й у промисловому струмі потрібні були потужніші електростанції з використанням не лише парових двигунів, а й турбогенераторів. До станцій такого типу й належала ця теплова електростанція. Розміщення електростанції на Подолі, на березі Дніпра, було зумовлено необхідністю використання великої кількості води для її технічних потреб. Впродовж 1897-98 Товариство, членами правління якого були відомі інженери А. Абрагамсон, Г. Вольгемут та О. Страус, узгоджувало питання будівництва електростанції нового поко-ління. Основним питанням була технологічна система: водопостачання і відведення газу та пари; вирішувалася проблема комплектації потрібним інженерним обладнанням, яке тоді виготовлялося лише за кордоном. Одночасно в Києві на Татарці було засновано кабельний завод, який мав випускати кабель для нової електричної мережі. Він також належав Товариству «Савицький і Страус», його директором-розпорядником був О. Страус. 1900 почала діяти електрична станція на Подолі. Вона виробляла змінний трифазний електричний струм високої напруги - 2200 вольт, який на трансформаторах понижувався до 190/110 вольт.
1899 Міська управа уклала угоду з Російським електричним товариством «Уніон», якому по закінченні терміну угоди з акціонерним товариством «Савицький і Страус» мали передати концесію на споживання електроенергії у Києві. Пізніше ці права передали Київському електричному товариству, акції якого фактично належали Товариству електричних підприємств у Берліні.
Київське електричне товариство придбало в акціонерного товариства «Савицький і Страус» електричну станцію на Подолі й підключену до неї електричну мережу міста. До них перейшло обслуговування бл. 800 споживачів електроенергії. Нові власники ліквідували дві з трьох електростанцій, які тоді функціонували, а всю електричну мережу міста об'єднали в єдину систему. 1902-05 ЦЕС було значно розширено: встановлено п'ять парових котлів системи «Гере», виготовлених на заводі Мантель у Ризі, дві вертикальні парові машини фірми «Тозі» по тис. кінських сил кожна з генераторами трифазного струму. Ці машини могли виробляти змінний та постійний струм, останній використовувався для руху трамвайних вагонів. 1903-06 до основного об'єму машинної зали було добудовано приміщення, де розмістили розподільчий щит - пункт керування електричною мережею міста; встановлено ще два котли фірми «Бабкос та Вількокс» і перший турбогенератор фірми «Броун, Бовері і К°» (Берн, Швейцарія) потужністю 1,5 тис. кВт (генератор № 5). Зниження тарифів на електроенергію - 2,8 коп. за гВт/год для освітлення, замість 3,8 коп., та 1,25 коп. - для моторів, замість 2,6 коп., а також безплатне підключення до мережі з установкою електролічильників збільшили кількість споживачів, число яких у кін. становило 5178 осіб.Успіхи в розвитку електрифікації Києва привернули увагу наукової громадськості країни. В квітні 1906 у Києві проведено Четвертий Всеросійський електротехнічний з'їзд (з виставкою), організований Електротехнічним відділом Російського технічного товариства. З того часу в складі технічного персоналу концесійних підприємств почали працювати відомі вітчизняні фахівці, зокрема Г. Городецький, О. Тирмас, П. Шевцов, які в майбутньому зробили значний внесок у розвиток енергетики Києва. До 1917 Центральна електростанція постійно збільшувала свої потужності. 1913 вона мала потужність 16275 кВт, поступаючись тільки Московській та Санкт-Петербурзькій. Найбільшу кількість електроенергії на ЦЕС вироблено в 1916 - 36 189 кВт/год. 1915 припинило діяльність Київське електричне товариство, електрогосподарство перейшло до органів міського самоврядування. Після 1916 знизилося навантаження на виробництво електроенергії, зросли паливні труднощі. Під час революції й громадянської війни 1917-20 міську енергетичну систему було майже повністю зруйновано. Парові машини електростанції вийшли з ладу, 1921 працювали тільки турбіни № 5 та № 6 загальною потужністю тис. кВт. Припинилося постачання мазуту - основного палива для станції; вугілля, яке його замінювало, не було можливості дістати. Станція опалювалася винятково дровами. Подачу електроенергії, необхідної для потреб міста, було майже припинено. 1920 всі елек-тричні станції міста підпорядковано відділу виробництва та розподілу струму у складі Київського комунального господарства. Енергогосподарство Києва почало відроджуватися з 1922. Здійснено ремонт агрегатів на ЦЕС.
1924 закінчено ремонт найпотужнішої турбіни (№ 8), що зумовило збільшення виробництва електроенергії. 1925 електричне господарство міста досягло рівня в 1927 - рівня 1917. ЦЕС залишалася найбільшою електростанцією Києва. Виробництво електроенергії збільшилося за рахунок установки нового турбогенератора (турбіна № 9). У роботі з доставки, складання та монтажу агрегату брали участь фахівці, які ще за до-революційних часів працювали в енергетичній галузі, а також випускники робітфаку. Серед них — управляючий Київенерго О. Тирмас, його заступник, головний інж. П. Шевцов, головний інж. ЦЕС А. Оглоблин, помічник головного інж. А. Павловський, інженери Г. Городецький та Н. Захорошевич.
Із введенням у дію нового генератора Вестінгауза на 4555 кВт ЦЕС значно збільшила загальну потужність. У цей час на ній працювало понад 260 робітників. З побудовою нової електростанції на Рибальському півострові - КРЕС (Київська районна електрос-танція) всі електростанції міста об'єднали в єдине державне акціонерне товариство «Київструм». ЦЕС було перейменовано на ДЕС-1 (Державна електрична станція № 1). Із введенням другої черги на КРЕС (1933-36) на ДЕС-1 було зроблено реконструкцію колишньої розподільчої підстанції (РП) потужністю 24 тис. кВт. Підстанція була з'єднана з розподільчим щитом та машинною залою закритим містком, влаштованим на рівні другого поверху. З боку головного фасаду в східній його частині прибудовано трансформаторний кіоск. Інші приміщення майже не змінилися. 1924 з переходом станції на новий вид пального - вугілля - збудовано транспортер для подачі вугілля, який проіснував до 1929. З переводом більшості котлів на рідке паливо - мазут - споруджено підземне мазутосховище. Великих збитків завдано станції під час повені 1931, коли станція на півтора тижня припинила роботу через аварію на найбільшій турбіні (№ 8). Напередодні Великої Вітчизняної війни ДЕС-1 залишалася другою за потужністю після КРЕС електричною станцією Києва. За роки війни головні споруди електростанції не зазнали значного пошкодження, в основному було виведено з ладу устаткування. Повністю зруйновано тільки димар.
1947 проведено ремонтні роботи: замінено старе обладнання, станцію переведено на твердий вид палива - вугілля, яке підвозилося вузькоколійками від Подільської гавані. На вугіллі ДЕС-1 працювала до поч. 1950-х рр. 1945 розроблено проект її модернізації з метою підключення до газової мережі Києва.
ДЕС-1 передано АН УРСР. Тут розмістили лабораторію Науково-дослідного інституту електродинаміки АН УРСР, де проводили випробування експериментальної установки магніто-динамічних генераторів (МГД-генера- торів). Одночасно станція працювала як акумулююче та розподільче підприємство, пов'язане з Татарською районною підстанцією Києва. Пізніше станція стала відділенням МГД-генераторів енергії Інституту проблем моделювання в енергетиці. З перетворенням станції на науково-технічну лабораторію було перебудовано приміщення нової котельні: демонтовано більшість котлів та турбогенераторів, вивільнені приміщення пристосовано для проведення досліджень. Нову котельню було розділено на ізольовані лабораторні приміщення, до східного торцевого фасаду головного корпусу станції прибудовано сходову клітку, влаштовано новий вхід до лабораторного корпусу з боку димаря.
До комплексу Центральної електричної станції входять: головний корпус 1898-1900, 1903-06, 1909-14); розподільча підстанція (РП) 10 кВт (1910-14; 1933-36); привратницька, сучасна ГРП, адміністративно-побутовий корпус. До котельні, що являє собою частину головного корпусу, прибудовано димар. Допоміжною виробничою будівлею є берегова водогінна насосна станція, розташована на набережній Дніпра (зводилася 1909-10 як не-обхідна технологічна ланка для забезпечення електростанції водою).
Будівельні роботи з реконструкції ЦЕС здійснювалися 1927-29, 1933-36, 49 і на поч. 1970-х рр. Останні пов'язані з пристосування станції під лабораторію Науково-дослідного інституту електродинаміки АН УРСР. Автор первинного проекту — цивільний інж. В.Безсмертний.