柴油发电机组的工作原理是柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能。
在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为'作功'。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。
将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用'电磁感应'原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。
柴油发电机组属自备电站交流供电设备的一种类型，是一种小型独立的发电设备，以内燃机作动力，驱动同步交流发电机而发电。
现代柴油发电机组由柴油机，三相交流无刷同步发电机、控制箱(屏)、散热水箱、联轴器、燃油箱、消声器及公共底座等组件组成钢性整体。柴油机的飞轮壳与发电机前端盖的轴向采用凸肩定位直接连接构成一体，并采用圆柱型的弹性联轴器由飞轮直接驱动发电机的旋转，其联接联接由螺钉固定在一起，使两者联接成一钢体，保证了柴油机的曲轴与发电机转子的同心度在规定的范围内。
为了减少机组的振动，在柴油机、发电机、水箱和电气控制箱等主要组件与公共底座的连接处，通常均装有减震器或者橡皮减震垫。