Усть-Илимск известен всей стране как город трёх ударных комсомольских строек: город Усть-Илимск, Усть-Илимская ГЭС и Усть-Илимский ЛПК. Город стал символом таежной романтики и всей бурной эпохи 1960-70-х годов.
В 1959 году Московский государственный институт проектирования электростанций и подстанций основал в селе Невон Ангарскую комплексно-изыскательскую партию для изучения термического режима Ангары, направления будущих линий высоковольтных передач. В 1960 году Государственная комиссия приняла решение: признать наиболее целесообразным местом для возведения Усть-Илимского гидроузла створ в 20 км ниже устья р. Илим, на Ангаре, у скалистого Толстого мыса. 22 августа 1962 года был издан приказ о начале подготовительных работ по строительству Усть-Илимской ГЭС.
Началом формирования города Усть-Илимска можно считать 1965 год, когда исполком Иркутского областного Совета депутатов трудящихся утвердил рабочий поселок Усть-Илим в составе Братского района. В марте 1966 года начались работы на основных сооружениях гидроузла Усть-Илимской ГЭС. Эта дата считается официальным началом строительства ГЭС. В феврале 1967 года было произведено первое перекрытие Ангары. В апреле 1968 года в плотину ГЭС уложили первый кубометр бетона. Второе перекрытие русла Ангары было произведено в августе 1969 года.
В 1968 году Указом Президиума Верховного Совета РСФСР был образован Усть-Илимский район (из территорий, отчужденных от Братского и Нижне-Илимского районов) с центром в рабочем поселке Усть-Илим. 12 июля 1972 года в Москве подписано генеральное соглашение стран Восточной Европы, объединенных в Совет экономической взаимопомощи (СЭВ), о совместном создании и первоочередном строительстве целлюлозного завода лесопромышленного комплекса в Усть-Илимском районе. Эту дату по праву можно считать днем рождения Усть-Илимского ЛПК.
В 1973 году рабочему поселку Усть-Илим был присвоен статус города областного подчинения. 27 декабря 1973 года считается Днем образования города Усть-Илимска.
3 октября 1974 началось заполнение Усть-Илимского водохранилища, оно продолжалось до 1977 года. Первый агрегат ГЭС дал промышленный ток 28 декабря 1974 года, а 20 мая 1975 гидроэлектростанция выработала свой первый миллиард кВт/ч электроэнергии. В конце марта 1979 года был включён в сеть последний – шестнадцатый агрегат станции. В декабре 1980 года ГЭС сдана в постоянную эксплуатацию. В 1975 году был заложен фундамент целлюлозного завода. В 1976 году прибыл первый интернациональный отряд из Болгарии. В разное время в строительстве принимали участие отряды из ГДР, Венгрии, Польши. В 1979 году получена первая целлюлоза.
План строительства города был разработан группой студентов Ленинградского Архитектурно-строительного Университета в рамках написания дипломного проекта на тему «Город моей мечты», главной идеей которого являлось строительство города в тайге. При строительстве жилых районов была учтена основная идея, поэтому старались рубить как можно меньше деревьев под вспомогательные площади. Именно поэтому внутри жилых районов Нового города можно встретить островки многовековой тайги. Новый город имеет потрясающую схожесть в планировке жилых районов с районами Санкт-Петербурга 1980-х годов постройки.