La prima centrale elettrica di Castelnuovo era stata realizzata nel 1905 grazie all'idea di Arturo Luzzato, come parte di un progetto per promuovere lo sviluppo dell'energia elettrica con la nuova Società Mineraria ed Elettrica del Valdarno. La centrale iniziò a funzionare nel 1907. Oggi di quest’edificio rimangono solo vecchie fotografie e documenti d'archivio. Venne distrutta dai nazisti nel 1944 durante la Seconda Guerra Mondiale.
La centrale elettrica di Santa Barbara fu costruita a metà degli anni Cinquanta del Novecento, in sostituzione della vecchia centrale di Castelnuovo.
Il progetto della nuova centrale elettrica fu presentato dalla Società Elettrica Selt-Valdarno e dalla Società Romana di Elettricità, e i lavori iniziarono il 7 gennaio 1956. Nel 1958, la centrale era già operativa. La scelta del luogo, vicino al villaggio minatori di Santa Barbara, fu determinata da vari fattori. Per garantire la fornitura d'acqua necessaria al ciclo termico e all’impianto di raffreddamento, fu costruita una diga sul torrente San Cipriano.
Il progetto esecutivo fu affidato alla Società Brown Boveri, mentre le opere civili furono realizzate dall’architetto Riccardo Morandi. Negli anni Sessanta, la centrale passò sotto la gestione dell’Ente Nazionale per l'Energia Elettrica (ENEL). Con la chiusura delle miniere, l’impianto fu modernizzato per funzionare a metano.
Le torri di raffreddamento, ancora presenti, sono strutture iperboliche a parete sottile. Morandi impiegò tre studi per arrivare alla loro realizzazione, adottando infine una struttura a parete sottile in cemento armato precompresso, il progetto più complesso.
