Với tiềm năng thủy điện lớn của dòng sông dài nhất khu vực nội địa, đã có hơn 10 công trình thủy điện được vận hành trên sông Đồng Nai cùng 2 dự án thủy điện sẽ sớm được triển khai.
Nổi bật nhất trong số đó là Nhà máy thủy điện Trị An (Đồng Nai). Thủy điện Trị An là công trình thủy điện có một trong những hồ nhân tạo lớn nhất Việt Nam. Hồ có mực nước dâng bình thường là 62m. Mỗi năm, thủy điện Trị An cung cấp cho điện lưới quốc gia 1,7 tỷ KWh. Ngoài ra, công trình còn phục vụ đa mục tiêu như bảo đảm nguồn nước sinh hoạt và tưới tiêu cho khu vực Nam Bộ; đẩy mặn và điều tiết lũ; phát triển giao thông vận tải và du lịch cho khu vực ven 2 bên bờ sông.
Sông Đồng Nai đoạn qua tỉnh Lâm Đồng và Đắk Nông còn nổi bật với hệ thống thủy điện bao gồm Nhà máy thủy điện Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đồng Nai 5 cùng 2 dự án là Nhà máy thủy điện Đồng Nai 6, Đồng Nai 6A sẽ được khởi công trong tương lai. Trong đó, 2 nhà máy với tổng công suất 520MW: Đồng Nai 3 là 180MW và Đồng Nai 4 là 340MW. Tổng sản lượng điện trung bình dao động khoảng 1,7 tỷ Kwh/năm.
Ngoài nhiệm vụ cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia, nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 và Đồng Nai 4 còn phục vụ công tác phát triển kinh tế – xã hội. Vì hồ chứa Đồng Nai 3 có dung tích chứa nước thuộc loại hồ lớn (1690 triệu m3), đồng thời là loại hồ điều tiết nước nhiều năm, do đó từ khi đi vào vận hành, 2 nhà máy thủy điện đã góp phần giảm thiểu tình trạng lũ lụt cho vùng hạ du vào mùa lũ và làm tăng khả năng điều tiết nước chống hạn vào mùa kiệt, giúp người dân phát triển kinh tế thông qua nghề nuôi trồng thủy sản và các hoạt động khác.
Với sự xuất hiện của hai nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 và Đồng Nai 4, các khu vực xung quanh ngày càng phát triển sầm uất, đông dân cư với các hoạt động du lịch nghỉ dưỡng, làm tăng nguồn thu cho địa phương, đóng góp vào sự phát triển của đất nước.
Ngoài ra, ở các nhánh phụ của sông Đồng Nai còn có thủy điện Thác Mơ, thủy điện Cần Đơn trên sông Bé, thủy điện Đa Nhim, thủy điện Đại Ninh trên sông Đa Nhim; thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi trên sông La Ngà.
