Строительство ТЭЦ-16 началось в 1940 году; при этом её планировалось назвать Ленинградской ТЭЦ. В 1941 году были готовы фундаменты под основные здания и различное оборудование, смонтирован металлический каркас главного корпуса, начато строительство зданий главных распределительных устройств и служебного корпуса. С началом Великой Отечественной войны строительство ТЭЦ было свёрнуто, а металлический каркас главного корпуса во время эвакуации был разобран и вывезен из Москвы. Решение о продолжении строительства было принято 7 июля 1945 года. В 1955 году станция была введена в эксплуатацию. Первым главным инженером ТЭЦ-16 был Евгений Васильевич Мосолов принимавший активное участие в организации её строительства и пуско-наладочных работах. В 1963 году, после ввода в строй последнего блока на 100 МВт, станция вышла на проектную мощность в 300 МВт.
В дальнейшем ТЭЦ-16 неоднократно модернизировалась:
произведён перевод станции на газо-мазутное топливо, при этом было построено новое мазутное хозяйство и проведена реконструкция мазутных котлов (1972 — 1982 годы);
проведена модернизация теплофикационного и турбинного оборудования. Внедрён 3-ступенчатый подогрев сетевой воды;
установлены очистные сооружения и установки нейтрализации агрессивных вод;
выполнены мероприятия по снижению выбросов в атмосферу окислов азота, при этом установлена система ступенчатого сжигания топлива;
реконструирована береговая насосная станции и заменены два напорных водовода протяжённостью 2.5 км;
Компания ОАО «ТЭК Мосэнерго» выполняет весь комплекс проектно-изыскательских работ и строительно-монтажных работ для строительства нового энергоблока ПГУ-420Т ТЭЦ-16 ОАО «Мосэнерго» и ведёт подготовку для осуществления строительства блока на условиях «под ключ».
Энергоблок будет реализован с применением современных парогазовых технологий, что обеспечит высокую эффективность выработки электрической и тепловой энергии и минимизирует негативное воздействие на окружающую среду. Энергоблок будет включать в себя одну газовую и одну паровую турбину.
Основные параметры нового энергоблока:
Электрическая мощность — 420 МВт.
Тепловая мощность 195 Гкал/ч.
Суммарная электрическая мощность электростанции после реконструкции: 780 МВт.
Суммарная тепловая мощность электростанции после реконструкции: 1484 Гкал/ч.
Пуск блока изначально планировался на декабрь 2013 года[2], однако был перенесён на конец 2014 года[3]. В результате новый энергоблок пущен 24 декабря 2014 года[4].