La construction du barrage voûte, commencée en 1951, est achevée en 1958. L'ouvrage mesure alors 237 m de hauteur ; il sera cependant encore surélevé de 13.50 m en 1991. Le projet original est imaginé dès les années 1940 par l'ingénieur bagnard Albert Maret, qui obtiendra les premières concessions et donnera l'impulsion décisive au projet, malgré les réticences de certains membres du gouvernement cantonal valaisan. C'est le conseiller d'État Maurice Troillet en particulier qui s'opposera à la construction de cet ouvrage dans le val de Bagnes, après l'avoir dans un premier temps soutenue, pour lui préférer finalement l'option Dixence, pourtant plus coûteuse. Au final, les deux barrages pourront pourtant voir le jour, la hauteur du mur projeté à Mauvoisin étant cependant revue à la baisse, malgré les deux principaux avantages que le site présentait par rapport à celui du val des Dix : altitude moindre, permettant de diminuer le nombre de galeries et de stations de pompage visant à amener les eaux de captation dans le lac de retenue et de réduire ainsi les coûts de l'énergie produite, et étroitesse plus prononcée de la vallée, autorisant la construction d'un barrage voûte, et non d'un barrage de type poids comme sur le site de la Dixence, limitant de ce fait également les coûts de construction.
Conçu en collaboration avec l'ingénieur Alfred Stucky, le barrage se classe actuellement au 2 rang mondial dans la catégorie barrage voûte. La largeur de l'ouvrage à sa base est de 53.50 m, et de 12 m au couronnement, pour un volume total de 2 030 000 m . La surélévation de 1991 a fait passer la hauteur totale du mur de 237 m à 250.50 m. Le couronnement s'étire sur 520 m, et subit une déformation de 70 mm sous la pression des eaux de retenue.
Le barrage bloque les eaux d'un bassin versant de 113,5 km, portant le lac, à son niveau optimal, à un volume de 204 millions de m . La longueur du lac est de 5 km pour une surface de 226 ha et une profondeur de plus de 200 m (toujours en cas de retenue maximale). Le niveau normal de retenue se situe à 1975 m d'altitude.
La production d'électricité est assurée par la société Forces Motrices de Mauvoisin SA à Sion (FMM SA), qui dispose de plusieurs centrales électriques à Fionnay, Riddes, Chanrion et Champsec.