水电三局由原水利电力部第三工程局和水利电力部第十五工程局合并组建而成。其前身均源于黄河三门峡工程局，后分别转战黄河上游青铜峡、刘家峡，六十年代末转入陕南开发汉江并于1982年两局合并。2002年，中国水利水电建设集团公司组建成立，水电三局为集团成员企业，设立中国水利水电建设股份有限公司，水电三局为子公司。2011年底，合并组建中国电力建设集团（股份）有限公司（简称“中国电建”），水电三局成为世界500强中国电建的全资子公司。