上水庫利用現有的桐柏水庫加固改建而成，海拔400.28米，主壩為均質石壩，集雨面積6.7平方公裏，正常庫容1072萬立方米，正常水位396.21米，由於庫周圍有需要防護的對象，為了保證庫周居民安全，在大壩右側設置了凈寬為2×6m的溢洪道，堰頂高程394m，並設置閘門以控制水位。裝機4臺30萬千瓦發電機，年發電3430萬度。
下水庫大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程148.25m，壩頂長434m，壩頂寬8m，最大壩高68.25m，大壩及溢洪道均為壹級建築物，設計洪水標準為200年壹遇，相應設計洪水位為146.06m，下泄流量496立方米/秒，下遊校核洪水位86.06m，集雨面積21.4平方公裏，上遊壩坡1：1.4，下遊壩坡1：1.5，設有兩級3m寬的馬道。原右岸溢洪道為開敞式溢洪道，布置在石壩頭山脊的埡口及其沖溝上，由進水口、溢流堰體、泄槽、消力池和出水渠等組成。溢流堰寬21.5m，堰頂高程141.17m，全長240m，采用挑流消能，上下水庫落差230多米，總裝機容量為120萬千瓦，設計年均發電量21.18億度。
廠房位於下水庫左岸，上、下庫間的山體內，該電站是壹座日調節純抽水蓄能電站，內設4臺單機容量為300兆瓦的立軸單級混流可逆式水泵水輪機，以兩回500千伏線路接入華東電網，在電網中擔任調峰、填谷、調頻、調相及事故備用等任務的壹等工程。