Eine erste Erwähnung eines Draukraftwerks Annabrücke findet sich im Rahmenplan der Österreichischen Draukraftwerke AG (ÖDK) von 1959. Damals waren im Bereich zwischen Edling und Villach noch sieben kleinere Stufen geplant, mit der untersten Stufe Annabrücke mit 400 m Stauziel. Bis 1965 reduzierte sich die Zahl der geplanten Werke auf vier; Annabrücke wurde im Zuge der Vorplanung des Oberlieger-Kraftwerks Ferlach-Maria Rain auf 416,40 m Stauziel angehoben und als Ausleitungskraftwerk mit einer Wehranlage bei Linsendorf umgeplant. Erst bei den endgültigen Bauplänen, die mit dem Baubeschluss vom 8. Oktober 1976 fixiert wurden, einigte man sich auf die Ausführung als Flusskraftwerk bei gleichbleibendem Stauziel, da sich die Ausleitungsvariante mit Stollendurchbruch aus geologischen Gründen als zu aufwändig erwies.
Im Vorfeld des Kraftwerksbaus musste die 1959 bis 1961 provisorisch fertiggestellte Annabrücke unterhalb des geplanten Werks aus Gründen der Unterwasser-Eintiefung neu errichtet werden. Das neue Brückentragwerk wurde 1974 bis 1976 etwa 50 m flussabwärts aus Spannbeton-Hohlkasten mit zwei Hauptträgern errichtet. Parallel dazu fanden bereits ab Juli 1976 die Detailplanungen für den Kraftwerksbau statt. Da sowohl die Topographie des Bauplatzes als auch die Fallhöhe des geplanten Werks mit der Oberliegerstufe Ferlach-Maria Rain vergleichbar waren, diente Ferlach als Musterbauwerk für Annabrücke. Die Modellversuche mussten - obwohl die Form des Tosbeckens beibehalten wurde - an der Technischen Universität Graz mit den leicht geänderten Voraussetzungen erneut vorgenommen werden.
Mit dem Spatenstich begannen am 13. Mai 1977 die Bauarbeiten mit der Baustelleneinrichtung und dem Aushub der Baugrube am linken Drauufer. Die Losbauleitung konnte unmittelbar neben der Baugrube untergebracht, die Baracken für die Gesamt-Bauleitung sowie für die Arbeiter und Angestellten mussten 100 m flussabwärts errichtet werden. Zur Wasserhaltung wurden 19 Brunnen gebohrt, die bis zu 70 m Tiefe erreichten. Die nördlichen und südlichen Aushubwände mussten als bewehrte, geankerte Betonschlitzwände ausgeführt werden. Schlitzwände wurden auch aufgrund der geologischen Voraussetzungen für die Gründung des Werks herangezogen, da der Untergrund aus unregelmäßigen Sand-Kies-Schichten bestand, die eine flächige Gründung nicht zugelassen hätten. Für die Hochbauarbeiten verwendeten die ausführenden Firmen DOKA-Kletterschalungen, in die ein vor Ort hergestellter Normbeton mittels eines neuen mobilen Betonfördergerätes mit einer Leistung von 90 m³/Stunde eingebracht wurde.
Die Umleitung der Drau durch die Wehranlage erfolgte am 9. April 1980, danach wurden die Turbinen montiert. Die Turbine 1 konnten am 4. Dezember 1980 nach der Wellenfreigabe erstmals mit dem Rotor des Generators gekuppelt werden. Im Jänner 1981 wurde der Stator über den Rotor der Bahnstrom-Maschine eingehoben und die Kupplung von Turbine 2 folgte am 17. März. Am 26. April 1981 erfolgte die erstmalige Synchronisation der Einphasenmaschine, am 10. Juli die der Drehstrommaschine. Noch im selben Jahr wurde das Werk vom damaligen Bundesminister für Handel, Gewerbe und Industrie Josef Staribacher offiziell eröffnet.
Insgesamt 4,5 Mio. m³ Boden mussten bewegt werden, um den baulichen Teil des Kraftwerks aus 114.000 m³ Beton und 4.200 t Baustahl zu errichten. 1.300 Seiten statische Berechnungen und 830 A0-Pläne waren nötig, um etwa 500 Betonblöcke einschließlich der Ufermauern zu errichten. Im Zuge des Kraftwerksbaus fanden auch umfangreiche Dammbau-Maßnahmen bei Seidolach, Rottenstein und Haslach sowie beim Linsendorfer Durchstich statt. Eine Unterwasser-Eintiefung von etwa 4,2 km machte die Baggerung von 1,8 Mio. m³ Flusssohle notwendig und ermöglichte so eine zusätzliche Erhöhung der Rohfallhöhe.
Nachdem am Damm Haslach Undichten auftraten, wurde zwischen 1998 und 1999 durch die Porr Grundbau GmbH. eine Sanierung durch Schlitzwandbaggerung vorgenommen.