В годы Великой Отечественной войны станция бесперебойно снабжала электроэнергией оборонные предприятия Челябинска и Южного Урала. В апреле 1945 года за успешную работу Челябинская ГРЭС награждена орденом Ленина.
В 2015–2017 годах в рамках инвестиционной программы «Фортум» была построена фактически новая парогазовая электростанция, которая заместила мощности старой ЧГРЭС, полностью выведенные из эксплуатации в 2017 году.
ЧГРЭС является одним из основных источников теплоснабжения Челябинска, отапливает Центральный, Калининский, Курчатовский и Советский районы.
Станция работает на природном газе.
1 декабря 2015 года начал работу энергоблок № 1. После ввода в коммерческую эксплуатацию энергоблока № 2 – 1 марта 2016 года – компания Fortum завершила инвестиционную программу в России по строительству 2400 МВт.
Строительство энергоблока № 3 было необходимо для полного закрытия 8 турбогенераторов электростанции, выработавших свой ресурс. 23 ноября 2017 года энергоблок введен в коммерческую эксплуатацию. После окончания реконструкции Челябинская ГРЭС стала крупнейшей парогазовой ТЭЦ на Урале.
В 2018 году переименована в Челябинскую ТЭЦ-4.
В машинном зале ЧТЭЦ-4 размещено более 1300 единиц оборудования.
ЧТЭЦ-4 оснащена экономичной системой подготовки воды и имеет 4 ступени ее фильтрации.
Применение парогазовой технологии в 2,5 раза сокращает удельные выбросы оксидов азота.