Una central hidroelèctrica típica és composta de diverses parts relatives al circuit hidràulic (obra de presa, entrada d’aigua al canal, canal d’alimentació, cambra d’aigua, conducció forçada, canal de sortida d’aigua) i de la central elèctrica pròpiament dita. L’aigua és detinguda a la presa i hom la deriva, tota o una part, pel canal d’alimentació fins a la cambra d’aigua, i d’aquí baixa per la conducció forçada (tub de pressió) fins a la central, on fa girar les turbines. Les turbines transmeten la força giratòria als alternadors, els quals, en voltar, generen l’energia elèctrica. L’aigua, quan ja ha passat per les turbines i ha deixat l’energia mecànica que portava, surt sense quasi cap pressió al canal de sortida i torna al curs del riu del qual hom l’havia derivada. La presa és un mur que barra el curs de l’aigua per desviar-la cap a la central. Si la presa és molt alta produeix una gran elevació del nivell de l’aigua del riu. Llavors es forma un embassament (llac artificial) i l’obra de presa (mur) és anomenada dic. Com més diferència d’altura (desnivell) hi ha entre la cambra d’aigua i les turbines, més gran és la força (pressió) de l’aigua i, per tant, més gran és l’energia per unitat de volum de líquid. En línies generals, la potència de la central és proporcional al producte del cabal (quantitat d’aigua per unitat de temps) pel desnivell de caiguda. Per tal de variar la potència que dona el grup turbina-alternador, hom regula el cabal d’aigua que passa per la turbina mitjançant comportes, vàlvules, etc., que són actuades pel regulador automàtic de velocitat de la turbina, el qual manté fixa la velocitat encara que la càrrega variï. Les turbines emprades són de tipus diferent segons la pressió de l’aigua. La cambra d’aigua (anomenada també pou piezomètric) serveix d’element regulador per a compensar les variacions brusques de la càrrega de la central (demanda d’aigua) i per a evitar cops d’ariet. En aquests darrers anys s’han desenvolupat les centrals dites de bombament, que són centrals hidràuliques d’acumulació dotades d’una turbina reversible, és a dir que poden funcionar com a tals en períodes de gran consum d’electricitat.
L’ús de l’energia de l’aigua és documentat a la Xina des del segle III aC. A Europa, hom la utilitzà sobretot a partir de l’edat mitjana per a moure molins de gra, i també en metal·lúrgia. Durant la primera etapa de la Revolució Industrial fou utilitzada per Richard Arkwright, a Anglaterra, per a fer funcionar la seva fàbrica de filats al final del segle XVIII. Des de la primera meitat del segle XIX es desenvoluparen diversos tipus de turbines (turbina Fourney, 1927; turbina Francis 1849; roda Pelton 1880; turbina Kaplan 1913), essencials en la Revolució Industrial i, més endavant, en la generació d’electricitat. La primera central hidroelèctrica fou instal·lada el 1878 a Cragside (Northumberland, Anglaterra), i el 1882 entrà en servei a Wisconsin (Estats Units) una central que subministrava electricitat a una xarxa de clients. El sistema s’estengué ràpidament als Estats Units (Edward Dean Adams Power Plant, Niagara Falls, 1895) i a Europa al tombant de segle. El 1914 entrà en servei a Cabdella (Pallars Jussà) la primera central hidràulica dels Països Catalans. Durant la primera meitat del segle XX els Estats Units i el Canadà foren els capdavanters en la generació d’hidroelectricitat, que posteriorment s’estengué arreu del món i que ha comportat la construcció d’un gran nombre de preses, que serveixen també per a altres funcions com la irrigació. El Brasil i la Xina han esdevingut a l’inici del segle XXI els principals productors d’hidroelectricitat, amb projectes de grans dimensions com les preses d’Itaipú (1984) i de les Tres Gorges (2008), respectivament.