Vorprojekte für den Enns-Bereich zwischen Steyr und der Mündung bei Mauthausen existieren seit dem Jahre 1910. Ein "Projekt Buchleitner" sah die Errichtung eines Ausleitungs-Kraftwerks mit einer Wehranlage knapp unterhalb von Steyr und dem Krafthaus bei Enns vor. Die Studiengesellschaft Spychinger und Hartmann adaptierte 1920 die Planungen und verlegte das Krafthaus in eine Enns-Biegung bei Mühlrading. Im selben Jahr legten die Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) ein Konzept für eine Ausleitung bei Kronsdorf und einen rechtsufrig verlaufenden Kanal, der nach Abarbeitung des Triebwassers in einem Krafthaus nördlich von St. Valentin direkt in die Donau münden sollte. Schachermayer und Sing übernahmen den Entwurf von Spychinger und Hartmann. Sie leiteten jedoch den geänderten Kanalverlauf erst bei Staning mittels einer Wehranlage aus.
Das erste Mehrstufenkonzept für den Bereich "Untere Enns" lieferte 1939 die Oberösterreichische Kraftwerke AG (OKA) gemeinsam mit der Siemens-Schuckertwerke AG (SSW). In diesem waren neben den kurz darauf begonnen Flusskraftwerken Staning und Mühlrading auch noch eine Stufe Hiesendorf und eine Stufe Enns unterhalb der Stadt Enns geplant. Der Name "Kraftwerk St. Pantaleon" scheint erstmals in einer Planung der Eisenwerke Linz, die ebenfalls aus dem Jahre 1939 stammt, auf. Damals wurden als Alternative zum OKA-SSW-Projekt drei Flusskraftwerke bei Schafweidmühle, Hainbuch und Ernsthofen sowie als Unterlieger ein Ausleitungskraftwerk bei St. Pantaleon geplant.
In den Kriegsjahren wurde an der Enns im Bereich unterhalb von Steyr an zwei Kraftwerken gebaut - Staning und Mühlrading. Im Zuge der Einreichung dieser beiden Projekte wurde bereits die wasserrechtliche Bewilligung für eine dritte Kraftwerksanlage zwischen Mühlrading und der Enns-Mündung erteilt. Die Planungen sahen entlang der 14 km langen Mündungsstrecke noch zwei Flusskraftwerke vor. Da die Enns in diesem Bereich eine Ebene durchfließt und Flusskraftwerke hohe Dammbau-Massnahmen erforderten, entschied sich die Ennskraftwerke AG für das Konzept von 1949 mit Wehranlage, Oberwasserkanal, Krafthaus und Unterwasserkanal mit Ausleitung in die Donau. Der Baubeschluss für das Projekt Kraftwerk St. Pantaleon mit Wehranlage Thurnsdorf wurde Mitte 1962 gefällt; die Ausschreibung für die drei Baulose erfolgte bereits ab Februar 1962 gestaffelt. Im Sommer konnten die Hauptarbeiten vergeben werden, der offizielle Baubeginn fand schließlich am 1. Oktober 1962 statt.
Für die Errichtung des Kraftwerks St. Pantaleon wurden 210 ha Grund beansprucht, davon sind 170 ha durch Anlageteile bebaut oder überstaut. Sechs kleine Objekte, zum Teil Baracken, mussten abgebrochen werden. Die Arbeiten am Krafthaus begannen während des Jahres 1962 mit der Umschließung der Baugrube durch Spundwände Modell Larssen III. Nachdem der Grube für die Krafthaus-Fundamente im Herbst 1962 ausgehoben war, begann man mit den Betonierarbeiten. Vorrangig war im Anschluss die Errichtung der Kranbahn, um mit der Maschinenmontage beginnen zu können.
Von Vorteil erwies sich hierbei die Wahl einer Stahlkonstruktion für das Krafthaus, die sowohl schneller als auch kostengünstiger errichtet werden konnte. Im November 1963 wurde die oberwasserseitige Hälfte der Baugrube geflutet, der unterwasserseitige Teil folgte erst ab 15. Oktober 1964. Der Montagebeginn der Turbinen wurde am 1. Mai 1964 verzeichnet, und im Dezember 1964 fand ein erster Einstau statt. Ein endgültiger Aufstau konnte Anfang Februar 1965 eingeleitet werden, da in diesem Monat auch der erste Maschinensatz seinen Betrieb aufnahm. Die Inbetriebnahme des zweiten Maschinensatzes folgte mit 4. April 1965. In den Jahren 1976/77 wurden die Maschinen automatisiert und die Fernsteuerung der gesamten Anlage nach Mühlrading verlegt. 1982 erfolgte eine neue Eindeckung des Krafthausdaches.
Werkskolonie
Gleichzeitig mit dem Bau des Kraftwerks wurde bis zum Sommer 1964 eine Werkskolonie in der unmittelbaren Nachbarschaft des Krafthauses errichtet. Durch die frühe Fertigstellung konnte das Werkspersonal bereits während der Montagezeit die 12 Wohneinheiten beziehen. Alle Teile der Siedlung wurden in den 1980er-Jahren verkauft.