1946 жылы ғалым Юлий Харитон алғашқы кеңестік атом бомбасын құрастыру мақсатында тактикалық-техникалық тапсырма әзірледі. Осы жылы үкімет шешімімен атом қаруын өңдеу және құрастыру жөніндегі алғашқы орталық ашылды.

Кеңес ядролық полигоны КСРО Министрлер кеңесінің шешімімен 1947 жылдың 21 тамызында Семей қаласының батысына қарай 170 шақырым қашықтықта құрылды.

1948 жылдың жазында алғашқы өндірістік атомдық реактор құрылысы аяқталды. 1949 жылдың 29 тамызында Семей полигонында ядролық қарудың ең алғашқы сынағы өткізілді.

1953 жылдың 12 тамызында термоядролық қару, 1955 жылдың 22 қарашасында А.Сахаров құрастырған алғашқы сутегі бомбасы жарылды. 1962 жылға дейін сынақтар жер бетінде өткізілсе, 1963 жылдан бастап, жер астына көшірілді.

Полигон аумағындағы соңғы жарылыс 1989 жылдың 19 қазанында өткізілді. 1991 жылдың 29 тамызында Президент Н.Назарбаевтың Жарлығымен Семей полигоны жабылды.

1995 жылы соңғы ядролық құрылғы жойылды. 1996 жылдың сәуір айында Қазақстанның Ұлттық ядролық орталығы және АҚШ Қорғаныс министрлігі жанындағы Ядролық қауіпсіздік жөніндегі агенттік сынақтар өткізілген туннелдер мен ұңғымаларды  жою туралы келісімге қол қойды.

Жоба 2000 жылдың 29 шілдесінде Семей ядролық полигонының соңғы ұңғымасы жойылған кезде аяқталды.