Шатурская опытная станция открыта 25 июля 1920 г. (демонтирована в 1926 г). 6 декабря 1925 г. состоялся пуск основной электростанции. Станции присвоено имя В.И. Ульянова-Ленина. Вторая очередь Шатурской ГРЭС вступила в строй в 1928—1930 гг.
В ноябре 1935 г. Шатурская ГРЭС, работая исключительно на торфе, достигла мощности в 180 тыс. кВт.
С первого дня войны ГРЭС была переведена на военное положение. В городе рыли убежища-щели, застилали их брусьями и засыпали землей. В цехах на электростанции у рабочих мест укрепили металлические зонты. Головные части турбин закрыли железом. По ночам включали синее маскировочное освещение. В котельных нижние оконные проемы заложили кирпичом, мешками с песком, засыпали золой и шлаком. Частично были сняты дымовые трубы. Металлические зонты поставили и на крышах котельных. При появлении искр ночные дежурные звонили в котельную. Тут же прекращалась подача «фрезера» в топки. Часть персонала была переведена на казарменное положение и установлен 12-часовой рабочий день. В городе был создан истребительный батальон. В батальон пошли добровольцы — те, кто по болезни или возрасту не мог служить в армии. Бойцы истребительного батальона несли в городе и районе охранную службу. Строили пулеметные гнезда, на переездах и дорогах возводили надолбы и рогатки. На крыше бывшей временной станции был установлен многоствольный крупно-калиберный пулемет. Вокруг Шатуры кольцом стояли зенитные батареи.За весь период войны на станцию была сброшена одна фугасная бомба и четыре зажигательных. 9 ноября 1941 г. вражеский самолет сбросил на Шатуру несколько фугасных бомб. Была разрушена часть здания детского сада № 9 (Интернациональная ул., дом 14), принадлежащего ГРЭС.
В годы Великой Отечественной войны, особенно в начальный период, Москва остро нуждалась в электроэнергии. Шатурская ГРЭС бесперебойно снабжала электроэнергией промышленность, транспорт и сельское хозяйство столичного региона. Но когда в октябре 1941 г. на фронте под Москвой сложилась тяжелая обстановка, Государственный комитет обороны дал указание готовить ГРЭС-5 к эвакуации [Постановление № 789-сс от 13.10.1941 «О плане эвакуации электростанций из Тульской и Московской областей. (О Сталиногорской, Каширской, Шатурской ГРЭС)» и Приказ Наркомата электростанций № 93-сс от 14.10.1941]. Ещё в сентябре 1941 г. был произведен демонтаж турбины № 6 мощностью 44 тыс. кВт и котлов № 16, 17 и 18 третьей котельной. В октябре 1941 г. все демонтированное энергооборудование было отправлено в Омск (кроме котла № 17). Ответственным за перевозку был назначен А.И. Гущин. В Омск эвакуировалась и часть персонала ГРЭС.
Работники станции были расселены в поселке Ребровка, в сорока километрах от Омска. Но как только резко изменилось положение на фронтах в центре страны, в феврале 1942 г. было дано распоряжение вернуть из Омска на ГРЭС эвакуированное оборудование. В марте оборудование было доставлено. Был потерян только патрубок от турбины, который был найден в заброшенном тупике на станции Канаш (Согласно постановлению Совета народных комиссаров СССР от 29.12.1941 и приказу НКЭС от 31.12.1941 № 105-сс проведена реэвакуация и восстановление).
Уже во втором квартале 1942 г. Шатурская электростанция работала на полную мощность 180 тыс. кВт, и набирала предел максимальной нагрузки, выполняя государственный оборонный план и диспетчерский график по отпуску электроэнергии.
Выработка электрической энергии Шатурской электростанцией, выглядела за годы войны следующим образом, млн кВт.ч.
1941 г. — 1201,47
1942 г. — 1002,05
1943 г. — 1146,55
1944 г. — 1253,01
1945 г. — 1272,07
Всего за годы войны было выработано 5875,15 млн кВт.ч электроэнергии.
На станции во время войны не останавливались ремонтные работы. В 1941 г. на одном генераторе была произведена замена воздухоохладителей, в 1940—1944 гг. — перемотка роторов на двух машинах.
В связи с затруднениями по топливоснабжению и общим дефицитом мощности система была вынуждена работать некоторое время с пониженной частотой, что вызвало ряд аварий. В том числе, 4 марта 1942 г. на ГРЭС-5 произошла крупная авария. В 1943 г. на помощь в восстановлении Зуевской ГРЭС на Донбасс была отправлена бригада шатурских энергетиков. На восстановление пяти электростанций в Ленинград уехали: из турбинного цеха И.И. Матвеев, из электрического цеха — И.И. Пантюхин, П.М. Назаров.
Вместо ушедших на фронт мужчин, на станцию пришли женщины и подростки — выпускники ремесленного училища. В котельном цехе четыре женщины работали печниками, четыре — насосницами, одна — кочегаром. Две женщины в турбинном цехе работали машинистами, восемь — помощниками машинистов, одна — крановщицей. Тридцать женщин в механическом цехе освоили профессии слесарей, токарей. Героический труд шатурских энергетиков в годы войны был высоко оценен Советским правительством. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 апреля 1945 г. коллектив Шатурской ГРЭС был награжден орденом Трудового Красного Знамени. Многие энергетики Шатуры получили ордена и медали. Старший инженер по ремонту Ф.Н. Фокин был награжден орденом Ленина, кочегар Я.Д. Антонов — орденом Трудового Красного Знамени, главный инженер А.Д. Дубинчик — орденом Красной Звезды, кузнец И.И. Кузнецов — орденом «Знак Почёта», бригадир электриков И.К. Ефремов и токарь механического цеха И.Я. Сморчков — медалями «За трудовую доблесть». Работники электростанции были также награждены медалями «За оборону Москвы» и «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941—1945 гг.».