工程由混凝土面板堆石壩、右岸放空隧洞及開敞式溢洪道、左岸引水系統及廠房等建筑物組成。

混凝土面板堆石壩，壩頂高程791米，防浪墻頂高程792米（墻高4.7米，露出壩頂1米），最大壩高178米，壩頂長1137米，壩頂寬12米，上下游壩坡均為1∶1.4。

溢洪道布置在右岸埡口處，全長1665米，其中引渠長1122米，引渠底寬120米，底部高程745米，引渠最大泄流量21750立方米/秒，最大流速3.8米/秒。渠道兩側為垂直邊坡，每隔22米設12米寬的馬道，不襯砌。引渠后緊接溢流堰，堰頂高程760米，設5孔弧形閘門，孔口寬13米、高20米。堰后為陡槽，槽長538米，中間設隔墻將陡槽分左、右兩槽。左槽3孔，凈寬47米，右槽凈寬30米。槽后接挑流鼻坎，挑角45°，半徑50米。泄槽用鋼筋混凝土襯砌，設有5道摻氣槽。放空隧洞置于右岸壩肩，進口底坎高程660米，全長1062.17米，前段為有壓隧洞，長557.67米，圓形斷面，內徑9.6米；后段為無壓隧洞，長489.5米，方形斷面，寬×高為8米×11米。距進口339.17米處設事故閘門井，井高131米，內徑11米，內設6.8米×9米事故平板定輪閘門，距進口560.67米有壓隧洞末端為工作閘門室，設弧形工作門，尺寸為6.4米×7.5米。

引水道進口布置在壩上游左岸，進口尺寸長98米，寬27.5米，高79.5米，內設16扇攔污柵，1扇檢修門及4扇事故門。進水口底板高程711.0米。引水道由4條內徑9.6米、長551.49～652.86米的低壓隧洞及其后的4條內徑7～8.2米、長185米的高壓鋼管組成。

廠房為壩后地面式，順河向布置，長145米，寬26米，高67米，內設4臺單機容量為30萬千瓦的混流式水輪發電機組，水輪機機型HLA330-LJ-530。變壓器布置在上游側副廠房屋頂上，發電機和變壓器之間采用單獨單元結線。 [3] 

該電站樞紐布置的主要原則：充分利用壩址有利的地形、地質條件，避開不利因素；盡量利用建筑物的開挖料筑壩，降低工程造價；方便施工和運行管理。在右岸埡口巨厚層塊狀灰巖地區布置開敞式溢洪道，其開挖料作為壩體填筑料大部分可直接上壩，運距短，對大壩施工無干擾；右岸上游1號沖溝地形適宜于布置放空隧洞；左岸巖層傾向山里，有利于地面開挖工程，且成洞條件相對較右岸好，宜于引水發電系統和大斷面導流隧洞的布置。 [3] 

天生橋二級水電站是一座高水頭引水式水電站。壩上游庫容很小，泥沙會很快淤到壩前，樞紐的首要任務是處理庫內淤積問題。水庫調度的原則應當是，在減少庫區淤積、減少進洞沙量、確保運行安全的前提下，充分滿足發電需要。天生橋一級水電站建成后，二級水電站泥沙問題將得到緩解，進一步考慮提高發電要求，調整運行方式。天生橋二級水電站初設階段規定的正常蓄水位是645.0米，汛期限制水位637.0米.根據天然河道來水來沙條件及樞紐的防排沙要求，參考水庫淤積計算及模型試驗資料，制定的調度方式即：

(1)枯水期，河道流量小于800立方米/秒時，壩前水庫水位壅高到設計蓄水位645.0米運行；

(2)初汛期，河道平均流量為800立方米/秒左右，壩前水位降到640.0米運行；

(3)汛期頭場洪水漲峰階段，壩前水位穩定在640.0米，隨著落峰再逐漸降到637.0米運行；

(4)以后各次漲落峰時均穩定在637.0米運行。但當流量小于800立方米/秒時，壩前水位仍壅高到645.0米運行。

這種調度方式能使庫區床面在較長時間內控制在較低高程，同時又能緩沖頭場洪水溯源沖刷的勢頭，減少進洞的沙量。 [3] 

（l）觀測點布置 大壩布置有3個觀測斷面，0+630斷面為河床中部最大斷面，右岸0十438斷 面在1/2壩高處，左岸0十918斷面位于地形突變部位。在觀測斷面的665、692、725、758m高程，共布置有沉降測點50個，水平位移測點31個。

（2）觀測儀器 壩體內部垂直位移觀測采用水管式沉降儀，水平位移觀測采用引張線式水平位 移計。天生橋大壩安裝的垂直、水平位移計管線最大長度達350米，堪稱世界第一。