1958年开始电站勘测设计，同年成立托海水电厂筹建组，年末完成《初步设计要点报告》和相应的勘测工作。
1959年12月工作停顿。
1981年，国家电力工程部水电建设总局对新疆水利水电勘测设计院下达初步设计任务。
1983年7月完成设计，同年新疆维吾尔自治区计委会同国家水利电力部水电规划设计审查托海水电厂设计，10月批准立项，列入1984年国家计划。
1984年4月6日，电厂筹建领导小组和筹建处成立；5月，国家水利电力部批准按工程概算9700万元补助。新疆维吾尔自治区人民政府及有关厅、局、地（州）负责同志组成工程建设领导小组，下设工程指挥部负责日常工作。1984年7月1日，工程动工，新疆维吾尔自治区电力局为建设主管单位。
托海水电厂是80年代新疆维吾尔自治区最大的水电建设项目，列为“七五”期间重点工程。
