Центральная электрическая станция городских железных дорог была построена в 1906 – 1907 гг. в рамках программы по сооружению первой очереди трамвая для снабжения электроэнергией городской трамвайной сети.

В 1913 – 1916 гг. на станции прошла первая значительная реконструкция, связанная с расширением сети трамвайного движения Санкт-Петербурга.

28 июля 1918 г. станция, как и другие  электростанции города, была национализирована и передана в ведение Петроградской коммуны.

17 мая 1919 г. центральная электростанция городского трамвая вошла во вновь организованное «Объединение государственных электростанций» (ОГЭС) как  ГЭС № 4 (Государственная электростанция).  В 1922 г. ОГЭС реорганизовано в Трест петроградских электрических станций «Петроток», в апреле 1924 г. – в ЛО Государственных Электростанций «Электроток»,  в июле 1932 г. - в «Ленэнерго».

В 1920-е гг. ГЭС № 4 привлекается к решению задач в рамках реализации плана ГОЭЛРО: проводятся экспериментальные работы по освоению местного топлива. Впервые в Советском Союзе в марте 1921 г. профессором Т.Ф. Макарьевым испытана созданная им шахтно-цепная топка.

В 1929 г. ГЭС № 4 в числе первых электростанций города включилась   в    систему теплофикации Ленинграда. В том же году с ГЭС  № 4 произведена подача пара на внешний объект - пущен паропровод к больнице им. Боткина.

С 1932 по 1936 гг. на ГЭС № 4 сотрудниками ЦКТИ в промышленных масштабах проводились эксперименты по сжиганию фрезерного торфа и сланца во взвешенном состоянии в новых вихревых топках, созданных профессором Т.Ф. Макарьевым.

В 1936-1939 гг. на ГЭС № 4 сотрудниками ЦКТИ проводятся работы по проектированию и строительству первой в мире полупромышленной установки, работающей по бинарному принципу с применением жидкометаллического теплоносителя.

В 1938 г. ГЭС № 4 выведена из состава Ленэнерго и передана Центральному научно-исследовательскому и проектно-конструкторскому котлотурбинному институту (ЦКТИ). Станция получила название Государственная экспериментальная электростанция ЦКТИ (ГЭЭС ЦКТИ).

В 1938 – 1941 гг. на специально оборудованных стендах ГЭЭС ЦКТИ проводятся экспериментальные работы по изучению аэродинамики турбин, циркуляции и внутрикотловых процессов, теплообмена и аэродинамики котельных агрегатов, бинарных циклов, сепарации пара, топочных устройств.

С началом Великой отечественной войны в августе 1941 г. в связи с эвакуацией института  ГЭЭС  ЦКТИ вновь включена в систему Ленэнерго.

В 1942 г. проведены  работы по переводу станции на выработку тока с частотой 50 Гц и включению её в параллельную работу с системой Ленэнерго.

В блокадных условиях станция продолжала работать и снабжала теплом и электроэнергией Боткинскую больницу, больницу им. Гааза, прилегающие к станции жилые дома.

В 1944 г. станция возвращена ЦКТИ. В послевоенные годы на базе электростанции восстанавливается и развивается экспериментальная база ЦКТИ.

С 1950-х гг. по настоящее время деятельность ТЭЦ ЦКТИ направлена на обеспечение экспериментальных исследований,  проводимых ЦКТИ (с 1976 г. – НПО ЦКТИ), а также на тепло- и электроснабжение ряда промышленных и коммунальных объектов Смольнинского и Невского районов Ленинграда (ныне Центрального и Невского районов Санкт-Петербурга).

Основным видом топлива для ТЭЦ является природный газ (договор с ООО «Газпром межрегионгаз Санкт-Петербург»), резервным - мазут (нормативный запас к работе в зимних условиях для ТЭЦ ОАО «НПО ЦКТИ» установлен в размере 3,676 тыс. тонн).

Состав оборудования: 3 турбогенератора по 6 МВт, 8 котлоагрегатов (в том числе: 7 паровых и 1 водогрейный).

Общая установленная тепловая мощность ТЭЦ, согласно паспортным данным котлов, составляет 425 т/ч или 386 Гкал/час. Фактическая мощность котлов по режимным картам составляет 375 т/час или 338 Гкал/час.