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총시설용량은 40만kW로 무연탄연소기력발전설비 2기와 복합발전설비 1기(가스 터빈 4기와 증기 터빈 1기)를 보유하고 있다.

일제강점기에 조선총독부와 일본전력연맹은 총독부가 보유중인 영월탄전을 개방해 산탄지화력(産炭地火力)을 조성하여 탄가의 안정을 꾀할 뿐만 아니라 일본에서 사용할 발전용 석탄과 남한지역에 공급할 주전원을 얻고, 일본 전기사업가들의 해외진출도 기할 목적으로 옛 영월발전소를 건설했다. 1935년 7월 조선전력(주)에 의해 착공되어 1937년 10월에 영월화력 1호기(5만kW)가 준공되었으나 1938년 1월에 설치 완료된 2호기가 시운전중에 진동이 일어나 정상운전이 어렵게 되었다. 또한 치밀한 지질조사가 선행되지 않아 매장량과 탄질이 계획과 달라 일본전력연맹은 이 사업에서 물러나고 남선합동전기(주)로 이관했다.

그후 1940년말과 1942년 6월에 3·4호기를 일본 미쓰비시사[三菱社]에서 건설함에 따라 총 10만kW의 발전설비를 갖추었다.

8·15해방 직후 한때 발전이 중지되었다가 1946년부터 다시 발전을 개시했으나 6·25전쟁으로 많은 피해를 입어 수차례의 복구공사를 거쳐 5만kW의 출력을 유지했다. 그후 1961년 4월 미국 벡텔사에서 3만kW 출력 증가를 위한 복구공사에 착수해 1963년 10월에 완공함으로써 전력난 해소에 크게 이바지했다. 그러나 1972년 8월 남한강의 홍수범람으로 발전소가 침수되어 가동이 불가능하게 되었고, 시설도 노후되어 1973년 2월에 발전소를 폐지하고 11월에 철거작업에 착수, 1979년 2월에 완료했다.

한편 대한석탄공사는 급증하는 전력수요에 대처하기 위한 방안으로 함백지구의 저질탄을 발전에 이용하는 신규 영월화력발전소 건설을 추진했으며, 이는 1961년 7월 전력사업 일원화정책에 따라 한국전력(주)에 이관했다.

1962년 5월에 착공, 1965년 9월에 준공했으며, 시설용량은 10만kW(5만kW×2기)이다. 서구식 저질탄화력발전소이면서 건설 주자재인 시멘트·철근 등을 국산자재로 활용함으로써 외화절약과 기술축적에 기여하고, 강원도지역의 산업개발을 크게 촉진시켜 직업난 해소에도 큰 역할을 했다. 또한 1975년 하반기부터 전력수요의 급증에 따른 단기대책 방안으로 기존 영월화력발전소 구내에 복합화력발전을 도입·증설했다. 한국전력(주)은 미국의 제너럴일렉트릭사와 기자재공급계약을 체결한 후 1976년 11월에 건설공사를 착수했으며, 1977년 12월에 가스 터빈 20만kW(5만kW×4기)를, 1979년 6월에 증기 터빈 10만kW를 설치해 30만kW의 설비를 갖추었다. 생산된 전력은 154kV 송전선로를 통해 전국에 공급되고 있다.