Thủy điện Sơn La nằm trên địa bàn xã Ít Ong (Mường La, Sơn La), được khởi công từ năm 2005 đến 2012 hoàn thành. Nhà máy thủy điện được thiết kế kiểu hở, bố trí sau thân đập. Giai đoạn thi công cao điểm huy động tới 13 nghìn người. Để thi công nhà máy hơn 20.000 hộ dân của ba tỉnh Sơn La, Điện Biên, Lai Châu phải di dời.
Đập bê tông có chiều dài 961m, cao 138 m, rộng 102 m ngăn sông Đà để tạo thành hồ chứa 9,3 tỷ m3 nước. Công trình có tổng mức đầu tư khoảng 60.000 tỷ đồng, cấp sản lượng điện trung bình hàng năm là hơn 10 tỷ kWh và đảm nhiệm chống lũ về mùa mưa, cung cấp nước về mùa khô cho đồng bằng Bắc Bộ.
Sáu cửa xả mặt kéo từ trên nóc con đập xuống dòng sông cùng 12 cửa xả sâu.
Phần đập dâng có mái, thành từng bậc kiên cố. Móng của thủy điện đặt trên nền đá bazan vững chắc về địa chất. Kết cấu đập bê tông trọng lực cao 138,1 m; chiều dài đỉnh đập 961,6 m, cao gần 90m, sử dụng công nghệ bê tông đầm lăn hiện đại nhất thời bấy giờ.
Khu cửa nhận nước phía thượng lưu có 6 ống bằng thép khổng lồ xuyên qua đập dẫn nước vào tuabin của nhà máy.
Thủy điện Sơn La là công trình có nhiều thiết bị quan trắc nhất, chia thành 7 mặt cắt, 1.028 cảm biến có nhiệm vụ khác nhau. Đặc biệt, 11 thiết bị đo địa chấn đặt tại các vị trí trọng yếu để thường xuyên kiểm tra thông tin an toàn đập.
Sáu máy biến áp có trọng lượng 280 tấn. 18 kiện của máy biến áp siêu trường siêu trọng từng trải qua cuộc di chuyển khó khăn về tới công trường an toàn, đúng tiến độ.
Một Xí nghiệp cơ khí tại Việt Nam đã lần đầu sản xuất chiếc cẩu siêu trường siêu trọng 1.200 tấn (chi phí rẻ bằng 1/3 so với mua ở nước ngoài) để đưa rotor có trọng lượng 1.000 tấn, đường kính 15,8 m, chiều cao 3,2 m - kết cấu nặng nhất trong các thiết bị lắp đặt tại công trường, cũng là rotor nặng nhất trong các nhà máy thuỷ điện của Việt Nam vào đúng vị trí của tổ máy với sai số 3cm.
Sáu tổ máy, sử dụng turbin trục đứng, đường kính bánh xe 8,5 m.
Thủy điện Sơn La là nhà máy đầu tiên ở Việt Nam sử dụng thiết bị tự động hóa nên tại mỗi phòng chức năng chỉ cần một đến hai kỹ sư giám sát.
Việc duy trì vận hành nhà máy được kết nối trực tiếp với Trung tâm điều khiển.
Điểm nhấn công nghệ là hệ thống truyền đóng cắt truyền dẫn kín, cho phép truyền dẫn dòng diện 500 kV vận hành trong không gian nhỏ.
Thủy điện Sơn La đã phát điện tổ máy số một vào ngày 25/12/2010, sớm hơn hai năm so với yêu cầu của Quốc hội. Toàn bộ nhà máy đưa vào vận hành sớm 3 năm đồng nghĩa với việc cung cấp cho nền kinh tế ngoài kế hoạch 30 tỷ kWh, tương đương giá trị 1,5 tỷ USD.