سابقه مطالعات مقدماتی در خصوص حوضه آبریز کارون، به مطالعات شرکت مهندسین مشاور هارزا در دهه چهل و پنجاه شمسی باز می‌گردد. در این قالب، مطالعات امکان‌سنجی سد مسجدسلیمان صورت گرفت و احداث سد جریانی با نام کارون٤ در محلی به نام گدارلندر پیشنهاد شد. پس از انقلاب اسلامی، شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس با مشارکت شرکت ایکرز کانادا، مطالعاتی در مورد آن انجام داد. در نهایت طی سال‌های ١٣٦٠ تا ١٣٦٥ شرکت خدمات مهندسی برق مشانیر از ایران با مشارکت شرکت لامایر آلمان مطالعات تکمیلی را انجام داده و محور فعلی سد مسجد سلیمان را به عنوان محور نهایی پیشنهاد نمودند.
اجرای سیستم انحراف آب در سال ١٣٧٠ آغاز شد و در پایان سال ١٣٧٣ به اتمام رسید و در تاریخ ٢٨ تیر ١٣٧٤، آب رودخانه به تونل‌های انحراف هدایت شد. در پایان پاییز ١٣٧٤ با تکمیل فرازبند، عمل احداث سیستم انحراف آب خاتمه یافت و به این ترتیب اجرای مناسب سد در محیط خشک مقدور گردید. پس از آن تجهیزات کارگاه و همزمان با آن بررسی‌های تکمیلی در خصوص معادن قرضه صورت گرفت. سپس حفاری و تحکیم پی سد، تونل‌ها و مغارهای نیروگاه آغاز شد. اجرای بدنه سد و تزریق پی از ترازهای پایین‌تر به بالاتر و اجرای سرریز از ترازهای بالاتر به پایین‌تر انجام شد. به این ترتیب، عمده عملیات ساختمانی طرح عملاً در پایان سال ١٣٧٩ خاتمه یافت و امکان آبگیری سد در آذرماه همان سال فراهم شد. ساخت و اجرای سازه‌های هیدرولیکی فولادی سد از سال ١٣٧٥ آغاز شد و مطابق برنامه در سال١٣٨٠ خاتمه یافت. از پاییز سال ١٣٧٥ تجهیزات نیروگاه اصلی سد و به موازات آن احداث ساختمان نیروگاه و کلیدخانه آغاز شد. پس از ساخت و نصب تجهیزات چهار واحد نیروگاه، عملیات راه‌اندازی  آزمایشی واحدهای نیروگاهی به ترتیب در ماه‌های مهر و بهمن سال 1381 و تیر و آذر سال 1382 با موفقیت به پایان رسید. عملیات ساختمانی طرح توسعه نیروگاه در اواخر سال 1377 آغاز گردید و پس از اتمام حفاری در مهر ماه سال 1382، هم‌اکنون عملیات بتن‌ریزی آبراهه و مغار نیروگاه به پایان رسیده است. عملیات نصب تجهیزات هیدرومکانیک از خرداد ماه و عملیات نصب تجهیزات توربین از مهرماه 1382 آغاز گردیده و پیش‌بینی می‌شود عملیات راه‌اندازی آزمایشی هزارمگاوات دوم نیروگاه در سال 1386 به پایان برسد.