25 сентября 1999 года была пущена в работу ГЭС-1 каскада Толмачевских станций.  ГЭС-1 отличается от двух построенных позже станций ниже по течению тем, что это низконапорная станция-регулятор приплотинного типа, имеющая в своем составе земляную насыпную плотину максимальной высотой 20 м и длиной 185 м.

 Каскад Толмачевских ГЭС, включающий три гидроэлектростанции общей мощностью 45,4 МВт, был построен в 1999–2011 годах по проекту специалистов Ленгидропроекта. Станции каскада соединены линией электропередачи 110 кВ с Центральным энергорайоном Камчатки и действуют по пиковому графику, позволяя двум тепловым и двум геотермальным станциям работать в оптимальном режиме.

Спустя 2 года, в 2001 году в работу включилась и ГЭС-3 мощностью 18,4 МВт. В результате была полностью закрыта потребность в электроэнергии Усть-Большерецкого района,который на тот момент представлял собой изолированный энергоузел. Лишь в 2006 году станции каскада были связаны с Центральным энергоузлом Камчатского края после достройки высоковольтной линии от подстанции «Апача» до новой подстанции «Развилка». Толмачёвская ГЭС-2 была пущена в эксплуатацию 1 декабря 2010 года. В итоге установленная мощность каскада ГЭС достигла 45,4 МВт. До 2012 г. станция эксплуатировалась в режиме доводочных работ. С 1 января 2013 года она была переведена в режим промышленной эксплуатации.

С июля 2024 года на Каскаде Толмачевских ГЭС ведутся инженерно-геологические изыскания для проектирования четвертой станции. Толмачевская ГЭС-4 должна стать завершающей ступенью каскада. Согласно предварительным проектным проработкам и технико-экономическим расчетам, мощность станции составит 6 МВт, в год она сможет вырабатывать 41,55 млн кВт.ч электроэнергии. Станция повысит надежность электроснабжения потребителей Центрального энергоузла Камчатки и увеличит долю возобновляемых источников энергии в энергобалансе региона.