三板溪水电站由中国水电顾问集团中南勘测设计研究院总体设计。
坝址为不对称“V”型峡谷，两岸基岩多裸露，河床覆盖层薄。右岸山体雄厚，右岸岸坡45~60°；左岸岸坡40~45°，高程478m以上较单薄，为条形山脊，岩石风化较深。坝址岩性主要为元古界板溪群清水江组变余凝灰岩、变余凝灰质砂岩等。工程地质条件较好，地震基本烈度为6度。
枢纽布置为：河床布置主坝，左岸条形山脊上布置副坝；溢洪道布置在左岸，位于主、副坝之间；泄洪洞布置在溢洪道左侧山体中；地下引水发电厂房布置在右岸。
拦河坝：主坝和副坝均为混凝土面板堆石坝，坝顶高程482.50m，坝顶宽10.00m，主坝坝顶长423.75m，最大坝高185.50m，副坝坝顶长233.78m，最大坝高50.50m，主、副坝上下游坝坡均为1：1.4。
溢洪道：溢洪道为岸边开敞式溢洪道。长686m，溢流堰为WES实用堰，堰顶高程456.00m，设3孔溢流表孔，孔口闸门尺寸20m×19m（宽×高），采用挑流消能。设计洪水位和校核洪水位时的下泄流量分别为10306立方米/秒和13100立方米/秒，最大流速为45.6m/s。
泄洪洞：泄洪洞位于溢洪道左侧，塔式进水口底板高程400.00m，进水口设2孔5m×9m（宽×高）的深孔，其后接13m×13.5m（宽×高）的城门洞型无压隧洞，总长约816m，其中隧洞长约745m，采用挑流消能。设计洪水位和校核洪水位时下泄流量分别为2880立方米/秒和2940立方米/秒，洞内最大流速为42.1m/s。
发电引水系统：右岸地下厂房装有4台单机容量为25万kW的混流式水轮发电机组，电站进水口为岸塔式，引水隧洞洞径为7.0m，单机单洞引水。主厂房尺寸为147.5m×22.7m×60.0m（长×宽×高），主变压器开关室位于主厂房下游，尺寸为111.0m×23.0m×31.8m（长×宽×高）。尾水系统采用“2机1井1洞”的布置方式。尾水设2个阻抗式调压井，内径24m，高度约61.8m。2条尾水隧洞的内径均为12.0m。
施工导流：采用隧洞导流，一次拦断河床的导流方式。导流隧洞布置在左岸，过水断面尺寸为16.0m×18.0m（宽×高），隧洞断面为城门洞型，隧洞长734m。上、下游围堰均为土石围堰。截流后采取“枯抢拦洪”渡汛方案。
