Плотина Волжской ГЭС, являющейся нижней ступенью каскада, ограничила путь на нерест переходным рыбам Каспийского моря, но оставила нерестилища нижнего бьефа Волгоградского гидроузла. Особенно пострадали белуга, русский осетр, белорыбица, волжская сельдь. В меньшей степени были затронуты виды, нерестящиеся ниже плотины ГЭС, например, севрюга и вобла. С целью компенсации ущерба рыбному хозяйству было организовано искусственное рыборазведение, в частности функционирующий с 1961 года Волгоградский осетровый рыбоводный завод расположен непосредственно на территории ГЭС, в том числе непосредственно в теле плотины. В состав сооружений станции был включён рыбоподъёмник, также предполагался пропуск рыбы через судоходные шлюзы. С 1962 по 1967 год через плотину Волжской ГЭС осетровых пропускалось от 17 до 67 тысяч особей в год, сельдевых — от 435 до 1228 тысяч в год, кроме того, проходило также много сомов, сазанов, судаков, лещей и других рыб. Принятые меры позволили не только сохранить, но и увеличить выловы осетровых рыб в Волго-Каспийском бассейне. Обвальное снижение выловов осетровых началось в конце 1980-х годов и объясняется комплексом причин — резким усилением браконьерства, прогрессирующим загрязнением реки, подрывом кормовой базы осетровых в результате деятельности инвазивных видов.

В результате функционирования всего Волжско-Камского каскада произошло внутригодовое перераспределение стока с половодья на меженные периоды, что привело к уменьшению продолжительности и степени заливаемости Волго-Ахтубинской поймы и ухудшило условия нереста рыбы. Для минимизации негативных последствий в период половодья для Волжской ГЭС назначается специальный режим повышенного пропуска воды. В соответствии с правилами использования водных ресурсов Волгоградского водохранилища, объем и график спецпропуска определяются в соответствии с прогнозом весеннего половодья, фактическими объемами воды в водохранилищах каскада к началу весны, необходимостью водообеспечения всех потребителей как в период половодья, так и в последующие периоды времени. В ходе спецпропуска рекомендуется устанавливать режим максимальных расходов воды в объёме 25000—27000 м³/с в течение 5—7 дней. Высказываются предположения о том, что гидроэлектростанция производит регулирование стока с целью максимальной выработки электроэнергии, не учитывая экологические требования, что не соответствует действительности, поскольку Волжская ГЭС не принимает самостоятельных решений по режиму пропуска воды — это исключительная прерогатива Росводресурсов, учитывающих при назначении режимов интересы всех водопользователей и имеющих в первом приоритете задачи обеспечения гарантированного водоснабжения и защиты от наводнений.