Усть-Каменогорская ГЭС является частью каскада Иртышских ГЭС и выполняет роль контррегулятора Бухтарминской ГЭС. Станция была спроектирована по образцу ДнепроГЭС. Основная функция – выработка электроэнергии и компенсационное регулирование стока реки Иртыш.

Состав сооружений ГЭС:
• бетонная водосливная плотина с длиной по гребню 92 м, имеющая четыре водосливных отверстия;
• глухие бетонные плотины длиной 300 м;
• приплотинное здание ГЭС длиной 129 м;
• однокамерный судоходный шлюз.

Мощность ГЭС — 339,4 МВт, среднегодовая выработка — 1,52 млрд. кВт·ч. В здании ГЭС установлены четыре гидроагрегата с радиально-осевыми турбинами РО-123-ВМ-545, работающих при расчётном напоре 39,8 м, и генераторами СВ 1160/180-72 (три — мощностью по 82,8 МВт, один — мощностью 91 МВт). Производитель турбин — Ленинградский металлический завод, генераторов — заводы «Электросила» (первые три генератора) и «Элсиб» (четвёртый генератор). В связи с неполным удалением строительной перемычки уровень нижнего бьефа оказался выше проектного примерно на 1,5 м, в связи с чем располагаемая мощность станции составляет 315 МВт. Плотина ГЭС образует Усть-Каменогорское водохранилище суточного регулирования объемом 0,65 млрд м³.