Конструктивной особенностью Южно-Сахалинской ТЭЦ-1 является деление на паротурбинную часть и газотурбинные энергоблоки, которые расположены в отдельных, не примыкающих друг к другу зданиях.

Первый энергоблок ТЭЦ был принят в эксплуатацию в декабре 1976 года, через год заработал второй котлоагрегат, еще через год – третий. На этом было завершено строительство первой очереди Южно-Сахалинской ТЭЦ-1 мощностью 115 МВт. Возведение второй очереди станции началось в 1981 году, через год принят в эксплуатацию четвертый котлоагрегат, еще через два года был сдан турбогенератор мощностью 110 МВт. Пятый по счету котлоагрегат заработал в 1986 году. При этом установленная мощность ТЭЦ достигла 225 МВт.

В 2000-х годах возник дефицит мощности в энергосистеме острова. Хорошей подмогой стали новые газовые энергоблоки на Южно-Сахалинской ТЭЦ-1, которые ввели в эксплуатацию в 2012 и 2013 годах. В том же году станция стала более экологичной – все пять котлоагрегатов были переведены на газ. И сегодня ТЭЦ сжигает примерно 1,5 млн м³ голубого топлива в день.