地下水电站（underground hydro-electric station）厂房设置在地下的水电站。它一般是由立体交叉的硐室群组成。其主要优点是厂房不占地面位置，与地面水工建筑物施工干扰较少，工期较短。采用这种厂房形式的首要条件是地质上能满足硐室对稳定性的要求，厂房位置要避开地质上大断裂；对地应力大的地方要考虑厂房硐室处于最有利的地应力方向，并比较各种硐室的断面形式（一般为城门洞形、椭圆形等），改善硐室的周边应力条件。硐室的跨度大小反映出开挖技术上的难度。中国鲁布革水电站地下式厂房采用水轮机平面扭转一角度的布置方式，使硐室跨度大为减小；同时对硐室采用喷锚技术，并用岩石力学和弹塑性理论、有限元法、模型试验方法等进行设计，从而降低了工程造价。

地下式水电站从枢纽布置来看，可分成两类。一类是地下式厂房位于首部枢纽。有些地下式厂房为了缩短高压引水管道，根据地质和防污条件的许可，把厂房向岸边靠近。另一类是地下式厂房位置远离首部枢纽，设在下游尾水出口的部位。这种布置大都属于长洞引水式水电站。地下式水电站特别适宜于在山区狭谷河流修建。中国早在50年代末已建成流溪河、古田一级电站等地下式水电站，60年代建成刘家峡、龚咀、白山市等大型地下式水电站。其中白山水电站主厂房的硐室规模颇为庞大，其开挖尺寸为长121.5米，宽25米，高54米。

中国第一座地下水电站

天门河水电站：位于贵州省桐梓县，装机576千瓦，1941年1月开工，1945年5月投产发电。天门河水电站也是我国首个使用调速装置的水电站。

新中国第一座地下水电站

古田溪一级水电站：位福建省古田县，装机6.2万千瓦，1951年3月开工，1956年3月首批机组发电，1973年12月竣工。

我国已建成的最大的地下水电站

三峡地下电站：位于湖北省秭归县，装机420万千瓦，2011年5月首批机组发电，2012年7月全面投产。

我国在建的最大的地下水电站

白鹤滩水电站：位于云南省巧家县和四川省宁南县，装机1600万千瓦，2011年12月开工，预计于2018年6月首批机组发电，2020年竣工。白鹤滩水电站将成为世界上最大的地下水电站。

世界第一座地下水电站

费纳雅茨（Vernayaz）水电站：位于瑞士，装机5100千瓦，1897年建成投产。

德国第一座地下水电站

布赫贝克米勒（Buchbergmi]hle）水电站：装机2400千瓦，1907年建成投产。

瑞典第一座地下水电站

默克菲伽茨（Mockfjards）水电站：位于瑞典瓦斯特达拉（Vasterdalalv）河上，装机3800千瓦，1911年建成投产。

法国第一座地下水电站

巴顿（Baton）水电站：位于法国，装机7400千瓦，1925年建成投产。

加拿大最大的地下水电站

拉格朗德二级水电站，装机533万千瓦，1982年建成投产。

墨西哥最大的地下水电站

奇科森水电站，装机240万千瓦，1978年建成投产。

美国最大的地下水电站

底诸尔维克水电站：180万千瓦，1980年建成投产。

日本最大的地下水电站

高濑川水电站：装机128万千瓦，1978年建成投产。

苏联最大的地下水电站

英古里水电站，位于格鲁吉亚，装机180万千瓦，1975年开工，1980年建成投产。

非洲最大的地下水电站

卡博拉巴萨水电站，莫桑比克共和国交界，装机200万千瓦，1979年建成投产。

澳大利亚最大的地下水电站

塔梅特水电站，装机150万千瓦，1972年建成投产。

意大利最大的地下水电站

阿尔托格索，装机106万千瓦，1976年建成投产。

德国最大的地下水电站

霍恩贝格水电站，装机100万千瓦，1975年建成投产。

挪威最大的地下电站

迪斯塔特水电站，装机64万千瓦，1964年建成投产。

英国最大的地下水电站

邦达瑞水电站，装机90万千瓦，1967年建成投产。

印度最大的地下水电站

伊迪查水电站，装机78万千瓦，1975年建成投产。

西班牙最大的地下水电站

阿尔德阿达维托水电站，装机72万千瓦，1963年建成投产。

巴西最大的地下水电站

帕乌卢·阿方索水电站，装机255万千瓦，年开工，年建成投产。

瑞典最大的地下水电站

水电站，装机52万千瓦，1953年开工，1953年建成投产。

法国最大的地下水电站

拉巴堤水电站，装机50.1万千瓦，1960年建成投产。

瑞士最大的地下水电站

南达兹水电站，装机48万千瓦，1965年建成投产。