Строительство Новомосковской электростанции связано со строительством огромного химического комбината на территории города по выпуску азотных удобрений. Помимо этого предполагали открыть новые шахты, построить керамический и другие заводы. Чтобы все эти предприятия смогли полноценно работать, необходимо было для них построить мощную электрическую станцию – Бобриковскую ГРЭС.
На протяжении трех лет шли подготовительные работы, и в 1930 году было начато строительство электростанции по плану ГОЭЛРО. К середине апреля 1932 года основные работы на плотине Любовской были закончены, а в августе 1934 года состоялись первые испытания оборудования под нагрузкой. Пуск первого турбогенератора, мощность которого составила 50 МВт, произвел Я. Д. Вайнблат – директор станции. Город Бобрики был переименован в Сталиногорск, поэтому станция получила название Сталиногорская ГРЭС.
Весь ход строительства станции и ее текущую работу освещала газета «За 100 тысяч киловатт», которая выходила большим тиражом.
В конце января 1935 года был запущен второй турбогенератор, и мощность электростанции стала равняться 100 МВт. В 1941 году станция уже вырабатывала 350 МВт и стала являться самой мощной тепловой станцией, расположенной в европейской части.
Во время ВОВ все станционное оборудование было перевезено на Урал, а сама территория станции подверглась взрыву. Территория города Сталиногорска была оккупирована немецкими захватчиками, но через 17 дней город был освобожден. Советское правительство приняло решение, чтобы за короткий промежуток времени ГРЭС была восстановлена, потому что в ее электроэнергии нуждались промышленность и районы Тулы и Москвы.
В октябре 1942 года Сталиногорская ГРЭС получила свое второе рождение. В ноябре 1948 года ввели в эксплуатацию второй стотысячный турбогенератор, и ГРЭС вновь стала крупнейшей тепловой электростанцией на территории СССР.
По окончании войны работы по увеличению мощностей и реконструкции станции продолжались быстрыми темпами, и уже к началу 1960-х годов ГРЭС стала работать на природном газе.
Кризис, возникший в России в 1990-х годах, отрицательно сказался на работе Новомосковской ГРЭС. К 2003 году станция из 15 котлов имела только 9, три из которых находились в консервации. Выработка электричества была снижена, часть персонала сокращена. Главным условием уже было удержать станцию в рабочем состоянии и сохранить коллектив.
Так в декабре 2003 года на базе ОАО «Тулэнерго» – «Новомосковская ГРЭС» было создано предприятие ОАО «Новомосковская ГРЭС». С наступлением 2005 года станции удалось выйти на уровень 1991 году по потреблению электроэнергии, а уже в 2006 году начался ее рост.
В августе 2007 года происходит реорганизация ОАО «Квадра», к ней присоединяют ОАО «Новомосковская ГРЭС». Начинается строительство парогазовой установки на базе ГРЭС. Это позволяет станции увеличить свою мощность в два раза, а электроэнергии отпускать уже больше в четыре раза.