Рыбинская ГЭС работает в пиковой части графика нагрузки энергосистемы Центра, повышая надежность ее функционирования (являясь, в частности, аварийным резервом мощности и работая в режиме синхронного компенсатора). Рыбинское водохранилище, наряду с Куйбышевским, благодаря своему полезному объему играет важную роль в регулировании стока Волги в интересах всего каскада. Снижая расходы в половодье и перераспределяя их на зимний меженный период, водохранилище снижает вероятность холостых сбросов и тем самым способствует увеличению выработки на нижележащих ГЭС каскада.
В 1967 г., то есть еще до строительства Чебоксарской и Саратовской ГЭС, дополнительная выработка на нижележащих ГЭС каскада за счет работы Рыбинского водохранилища оценивалась в 700 млн кВт·ч в год. Всего за время эксплуатации Угличская и Рыбинская ГЭС выработали более 80 млрд кВт·ч возобновляемой электроэнергии.
Рыбинское водохранилище активно используется в интересах водного транспорта, являясь частью Единой глубоководной системы европейской части Российской Федерации и узлом речных коммуникаций — в нем происходит разделение транспортных потоков, идущих на Верхнюю Волгу (в том числе и на Москву) и на северо-запад России. Водохранилище обеспечивает на большом протяжении гарантированную глубину 4 м и фактически является нижней ступенью Волго-Балтийского канала. Создание водохранилища позволило существенно сократить протяженность судовых ходов за счет их спрямления — так, трасса Рыбинск — Череповец сократилась на 77 км, трасса Углич — Череповец — на 150 км.
Вот только один пример: судно на подводных крыльях «Метеор» выходит из Брейтова в 7 ч. 40 мин., через 80 минут оно в Рыбинске, а в 12.00 — в Ярославле (это с учетом 30-минутных стоянок в Рыбинске и Тутаеве).
Также водохранилище обеспечивает защиту нижележащих территорий (особенно Рыбинска и Ярославля) от наводнений, надежное водоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий (в частности, городов Череповец и Рыбинск), имеет большое рыбохозяйственное (допустимый вылов оценивается в 2000 тонн в год и рекреационное значение. По сооружениям гидроузла проложена автомобильная дорога, а по сооружениям, находящимся в Волжском створе — также и железная дорога.
Создание Рыбинского водохранилища привело к затоплению значительных земельных площадей. Согласно наиболее надежным источникам, при создании Рыбинского и Угличского водохранилищ (площадь последнего составляет 5 % от общей двух водохранилищ) было затоплено 58,13 тысячи га пашни, 122,35 тысячи га сенокосов и пастбищ, 65,66 тысячи га леса и кустарников. Наибольшие потери понесла Ярославская область — в зону затопления попало 342 тысячи га, или 9,5 ее площади. Площадь изъятых из оборота сельскохозяйственных земель была компенсирована освоением новых земель (осушением, корчевкой леса и кустарников, подъемом целины и т. п.) на 31.
Было переустроено 150 км железнодорожных путей, большое количество автогужевых дорог и мостов. Водохранилище создало значительную по площади зону подтопления и берегопереработки, причем переформирование берегов (в том числе и в нижнем бьефе, на территории Рыбинска) продолжается и в настоящее время.
Большая площадь Рыбинского водохранилища предопределила значительное количество переселяемого из зоны затопления населения, численность которого оценивается, по разным данным, в 117–130 тысяч человек. По этому показателю Рыбинское водохранилище уступает только Куйбышевскому, при создании которого было переселено около 134 тысяч человек. Водохранилищем было затронуто в разной степени (полное или частичное затопление, подтопление, берегопереработка) 745 населенных пунктов, в подавляющем большинстве — сельских, из которых 663 были полностью вынесены из зоны затопления (всего из зоны затопления было перенесено 26 754 строения).
В зону затопления попала вся территория города Молога с населением около 6 тысяч человек и рабочего поселка Абакумово (около 5 тысяч человек). Они прекратили свое существование, их население было переселено в Рыбинск, Ярославль и другие населенные пункты. Было затоплено ¾ площади города Весьегонск, его население было переселено в пределах города выше зоны влияния водохранилища. В меньшей степени были затронуты города Череповец, Пошехонье, Мышкин и Углич. Население из зоны затопления переселялось в основном в 1936–1940 гг., а в небольшом количестве и позднее. Некоторые земли, в частности в районе городов Мышкин и Пошехонье, были защищены от затопления с помощью дамб.
При создании водохранилища был утрачен ряд памятников истории и культуры — Афанасьевский монастырь в Мологе, Леушинский Иоанно-Предтеченский женский монастырь, Югская Дорофеева пустынь, историческая застройка Мологи, древнее село Борисоглебское (Холопий городок) с усадьбой Мусиных-Пушкиных, большое количество сельских церквей и не менее 25 бывших дворянских усадеб.