В 1933 году Остяко-Вогульск (ныне Ханты-Мансийск) был небольшим населенным пунктом с населением около 4 тысяч человек. Для развития инфраструктуры окружного центра электростанция стала ключевым объектом. 13 мая 1933 года окружной Экспертный Совет утвердил решение о её строительстве, включив проект в титульный список на 1933–1934 годы. Участок под строительство выделили в квартале № 4, рядом с другими важными коммунальными объектами.

Строительство началось с доставки оборудования: в сентябре 1934 года начальник строительства А. В. Русанов отправился в командировку в Тобольск и Тюмень. Его задача — получить и доставить двигатель, генератор и другие компоненты. Оборудование предназначалось для работы на местном топливе (дровах), что снижало зависимость от внешних поставок. Уже 5 декабря 1934 года электростанция была запущена, обеспечив энергией Дом Советов и кинотеатр. Мощность станции на тот момент позволяла обеспечить только базовые нужды, первым руководителем стал И.В. Боровков.

К 1934 году население Остяко-Вогульска (ныне Ханты-Мансийска) планировалось увеличить до 5,5 тысяч человек за счет миграции рабочих и естественного прироста. Это требовало не только роста мощностей электростанции, но и развития жилого фонда, что подчеркивало её стратегическое значение.

К концу 1934 года электростанция стала символом прогресса для удаленного северного города. Несмотря на скромные масштабы, её запуск заложил основу для будущей электрификации промышленности и жилого сектора.

С началом Великой Отечественной войны электростанция столкнулась с резким дефицитом ресурсов, кадров и оборудования. Многие квалифицированные работники были мобилизованы на фронт, а поставки запчастей и топлива сократились. Несмотря на это, станция продолжала работать и обеспечивать важные объекты.

В январе 1941 года был введён в эксплуатацию локомобиль ЛМ-5 мощностью 120 л.с. с генератором 80 кВт, однако он неоднократно выходил из строя, и его заменяли тракторным двигателем СТЗ.

Коллектив электростанции, сократившийся до минимума, трудился в условиях повышенной нагрузки. Сотрудники совмещали должности и работали сверхурочно. За свой вклад многие были удостоены медали «За доблестный труд в Великой Отечественной войне», среди них:
- Николай Семёнович Гаврин — старший электромонтер, позже ставший директором электростанции;
- Анна Фёдоровна Войкова — помощник машиниста
- Михаил Григорьевич Пономарёв — электромонтер
- Владимир Фролович Лыжин – монтер электростанции

В 1950-х годах электростанция модернизировалась:
- Установили дизельные и газогенераторные двигатели, увеличив мощность до 675 л.с.
- Перешли с дров на уголь, что снизило себестоимость энергии.
- Построили высоковольтные линии (3 км) и подключили 700 новых абонентов.

Однако даже к 1957 году более половины города использовало керосиновое освещение, а предприятия вынуждены были строить собственные мини-станции (например, консервный комбинат — 200 кВт, лесозавод — 100 кВт).

Электростанция стала ключевым объектом инфраструктуры, но не обходилось без трудностей. В 1958 году главврач окружной больницы П.А. Широбоков жаловался на перебои в энергоснабжении, из-за чего рентген-аппараты и физиокабинеты работали с перебоями. Проблему решили, проведя отдельную линию и установив стабилизаторы.

Здание электростанции, построенное в 1937–1938 годах, в 2016 году признано объектом культурного наследия регионального значения.
Также важно отметить, что к 1959–1960 годам централизованное энергоснабжение вытеснило большинство частных мини-станций, оставив лишь 6 промышленных объектов.