W początkowym okresie elektrownia miała spełniać rolę akumulatora energii dla powstającej w pobliskim Kartoszynie Elektrowni Jądrowej Żarnowiec. Do najokazalszych konstrukcji wchodzących w skład elektrowni należy zbiornik górny. Jest on tworem całkowicie sztucznym i pełni funkcję akumulatora energii elektrycznej w ilości 3,6 mln kWh. Ilość wody pozwala na zasilanie przez około 5.5 godziny systemu elektroenergetycznego mocą 716 MW. Szczytowe zapotrzebowanie mocy w województwie pomorskim osiąga wielkość 600 MW (zimowy szczyt wieczorny). Porównanie tych dwóch wielkości daje wyobrażenie, jak dużym źródłem mocy jest Elektrownia Wodna Żarnowiec. Dno opróżnionego zbiornika pomieściłoby 130 boisk piłkarskich, a powtórne uzupełnienie wody w zbiorniku górnym wymaga około 6,5 godziny.
Wodę do pompo-turbin doprowadzają cztery rurociągi o długości 1100 m każdy. Średnica ich zmienia się od 7100 mm przy komorze wlotowej do 5400 mm w siłowni. Maksymalny przepływ wody czterema rurociągami wynosi 700 m3/s, czyli tyle, ile wynosi średni roczny przepływ Wisły w okolicach Warszawy.
Siłownia elektrowni to budynek o wysokości ponad 60 m, z tego 2/3 znajduje się pod ziemią. Tam też, na poziomie 17 metrów poniżej poziomu morza, znajdują się cztery turbiny o średnicy wirników 6 m, obracanych siłą mas wodnych, napędzają hydrogenerator, którego wirnik waży ponad 420 ton. Aby go posadowić należało wykonać wykop, którego dno osiągnęło poziom 33 m poniżej poziomu morza. Była to w czasie budowy największa depresja w Polsce.
Praca elektrowni jest całkowicie zautomatyzowana, a uruchamianie i wyłączanie poszczególnych hydrozespołów realizowane jest zdalnie z Krajowej Dyspozycji Mocy w Warszawie. Średnio rocznie hydrozespoły pracują około 18 000 godzin, a w ciągu doby każdy z hydrozespołów uruchamia się średnio dwukrotnie, co w skali rocznej daje łączną ilość rozruchów około 3000 razy. Kanał wylotowy jest tworem sztucznym i łączy elektrownię z Jeziorem Żarnowieckim. Ma długość 835 m. Największa jego głębokość wynosi 13 m – przy siłowni elektrowni, a szerokość dna 250 m przy wlocie do Jeziora Żarnowieckiego.
Naturalnym zbiornikiem dolnym elektrowni jest Jezioro Żarnowieckie. Całkowita jego powierzchnia wynosi 1470 ha, a pojemność 121 mln m3. Przez całą długość jeziora, z południa na północ, przepływa rzeka Piaśnica. Od strony zachodniej wpływa natomiast Struga Bychowska. Największa głębokość jeziora wynosi 19,4 m. Poziom zwierciadła wody w jeziorze zmienia się w rytm zmian cyklu pracy elektrowni, a różnica między poziomem najwyższym, a najniższym wynosi około 1 metr.
