С 2005 года на Волжской ГЭС реализуется поэтапная масштабная программа комплексной модернизации. Сегодня уже заменены почти все гидротурбины и две трети гидрогенераторов. Кроме гидросилового, на станции обновляется электротехническое и гидромеханическое оборудование, ремонтируются гидротехнические сооружения. Срок их эксплуатации, согласно бухгалтерскому учету, составляет всего 100 лет, однако практика показывает, что такие сооружения, и в первую очередь плотины, будут служить практически вечно.
После завершения модернизации Волжская ГЭС получит второе рождение, ее мощность возрастет на 203,5 МВт — почти на 10% больше, чем было изначально. Это сравнимо со строительством новой ГЭС. Например, мощность Угличской ГЭС — 120 МВт, а Рыбинской ГЭС — 376,4 МВт.