Программа технического перевооружения и реконструкции (ТПиР) оборудования и гидросооружений Волжской ГЭС реализуется на станции с 2005 года. Она направлена на полную замену изношенного оборудования на современное, отвечающее последним требованиям надежности и безопасности. Срок реализации программы рассчитан до 2020 года. Реконструкция и модернизация оборудования позволят значительно повысить его надежность и эксплуатационные характеристики, а также увеличить установленную мощность Волжской ГЭС на 203,5 МВт от проектной величины.
В настоящее время по программе ТПиР на Волжской ГЭС заменено 8 из 22-х гидротурбин. Три из них – это новые турбины с повышенной мощностью и более совершенными эксплуатационными характеристиками. В 2010 году был заключен контракт с ОАО «Силовые машины» на проведение в 2011—2013 годах реконструкции «под ключ» еще четырех гидроагрегатов.