中国最早建成的百万千瓦以上容量的大型水电站，兼有防洪、工业用水、灌溉、防凌等综合效益。位于黄河上游甘肃省永靖县境内，距兰州约100公里。该工程于1958年开工，1969年第一台机组发电，1975年竣工。控制流域面积181766平方公里，多年平均径流量为273亿立方米，总库容为61.2亿立方米。

工程主要由拦河坝、泄洪排沙及引水发电三部分建筑物组成。枢纽布置，考虑了充分利用地形条件和利用导流隧洞改建为永久建筑物等。拦河坝在河床部分为整体式重力坝，两岸接混凝土重力式副坝，右岸并有黄土副坝与混凝土副坝相接。挡水前沿总长度840米。河床重力坝段最大坝高147米，坝顶高程为1739米。设计泄量为7500米³/秒。校核泄量9220米³/秒。在右岸混凝土副坝及黄土副坝之间高程为1720米的平台上布置了溢洪道及其泄槽。溢洪道孔口为3孔有胸墙式泄洪孔，孔口宽10米，高8.5米。校核泄量为4260米³/秒。利用左岸导流隧洞改建成永久泄洪洞，进口底坎高程为1675米，设宽8米，高9.5米弧形门一座。隧洞断面宽13米，高13.5米，为门洞形，最大泄量2200米³/秒，洞内最大流速为45米/秒。另在主坝左侧坝体内布置泄水道，为备用泄洪设施，进口底坎高程为1665米，进口设2孔宽3米、高8米的平板闸门，最大泄量为1524米³/秒。泄水道和泄洪洞除参加泄洪外，还可用以排沙和降低库水位。另在电厂进口旁建有排沙洞，底坎高程为1665米，断面为宽3.5米、高3.5米，设有宽2米、高1.8米的弧形门，洞长675.5米，最大泄量为105米³/秒，主要是排泄右侧机组进口的淤沙及水草。引水发电的厂房布置在河床内，但由于河床窄狭，采用坝后式和同一轴线的半地下式混合厂房。单元引水，钢管直径7米，进口底坎高程为1680米，工作闸门为宽7米、高8米的平板闸门。共装5台水轮发电机组，其中3台装在坝后，2台装在半地下厂房内。右岸导流洞2号支洞及左岸导流洞，经改建后，分别布置电站的22万伏和33万伏开关站。

刘家峡水电站总装机容量为122.5万千瓦，保证出力为45万千瓦，平均年发电量57亿度。在防洪方面可使兰州的防洪标准从约20年一遇提高到50年一遇；在灌溉方面可使下游1400万亩农田的灌溉保证率自65%提高到80%；当河水解冻时，还可适时控制下泄流量，防止冰凌危害。