Początkowo badania nad rozszczepieniem jąder atomów miały w znacznej mierze militarny charakter, a tworzone reaktory wykorzystywano do wzbogacania uranu i produkcji broni atomowej. Dopiero w 1948 roku rozpoczęto eksperymenty nad zastosowaniem energii jądrowej do wytwarzania prądu.
Pierwsze eksperymenty nad pokojowym zastosowaniem energii jądrowej prowadzono w Oak Ridge National Laboratory, utworzonym w 1943 roku w stanie Tennessee w Stanach Zjednoczonych. Po zakończeniu II wojny światowej, reaktory wykorzystywane wcześniej głównie na potrzeby Projektu Manhattan zaczęto używać do produkcji izotopów stosowanych w medycynie. Dodatkowo, reaktor X-10 znajdujący się w laboratorium użyto do wytwarzania energii elektrycznej. 3 września 1948 roku przeprowadzono eksperyment, w trakcie którego energia wytworzona przez reaktor zasiliła żarówkę.
Kolejny podobny eksperyment przeprowadzono 20 grudnia 1951 roku w reaktorze EBR-I w Arco, w stanie Idaho. Tym razem wytworzono jednak znacznie więcej energii, co pozwoliło na potwierdzenie idei budowy elektrowni atomowych. W kolejnych latach Amerykanie kontynuowali prace nad elektrowniami atomowymi, ale palmę pierwszeństwa przejęły inne kraje.
26 czerwca 1954 roku po raz pierwszy w historii elektrownia atomowa została podpięta do sieci energetycznej. Dokonano tego w Elektrowni jądrowej Obninsk, w ZSRR. Jej budowę rozpoczęto 1 stycznia 1951 roku, a stan krytyczny reaktora osiągnięto 1 czerwca 1954 roku (inne źródła podają datę 6 maja 1954 roku). Znajdujący się w elektrowni reaktor wytwarzał zarówno energię elektryczną jak cieplną. Przez 4 lata była to jedyna elektrownia jądrowa w ZSRR, ostatecznie zamknięto ją 29 kwietnia 2002 roku.
Warto w tym miejscu jednak dodać, że obiekt w Obninsku nie był początkowo budowany jako elektrownia mająca wytwarzać energię na potrzeby cywilne. Również skala produkcji energii była mała – zaledwie 5 MW z dostępnych 36 MW.
Pierwszą elektrownią jądrową wytwarzającą energię na skale masową była brytyjska elektrownia Calder Hall, której budowę rozpoczęto w 1953 roku. Chociaż oficjalnie uruchomiono ją 17 października 1956 roku, do sieci podłączono ją wcześniej, 27 sierpnia 1956 roku. Elektrownia była częścią kompleksu Sellafield, w związku z czym jej głównym zadaniem było wytwarzanie energii elektrycznej dla całego regionu oraz samego kompleksu, oraz wytwarzanie pary dla działających w ramach kompleksu laboratoriów i obiektów przemysłowych.
Elektrownia Calder Hall posiadała 4 reaktory o mocy 60 MW każdy (w 1973 roku ich moc ograniczono do 50 MW). Ostatecznie elektrownia została wyłączona po prawie 47 latach działania, 31 marca 2002 roku. W 2007 roku zburzono chłodnie kominowe, a obecnie likwidowane są pozostałe obiekty.
W kolejnych latach na całym świecie powstało jeszcze wiele elektrowni jądrowych dysponujących znacznie większą mocą. Obecnie teoretycznie największą elektrownią jądrową na świecie jest elektrownia Kashiwazaki-Kariwa w Japonii. Posiada ona reaktory o łącznej mocy 7965 MW, jednak od wielu lat są one wygaszone.
Budowę elektrowni rozpoczęto 5 czerwca 1980 roku, a oficjalne otwarcie miało miejsce 18 września 1985 roku. Działała ona bez większych problemów do 2007 roku, jednak z powodu trzęsienia ziemi, które uderzyło w Japonię 6 lipca tego roku została ona wyłączona. Po przeprowadzonych kontrolach bezpieczeństwa i modernizacjach cztery reaktory wznowiły pracę w 2009 roku, ale ponownie wygaszono je po trzęsieniu ziemi z 11 marca 2011 roku. Od tego czasu elektrownia nie działa i nie wiadomo czy kiedykolwiek wróci do pracy, mimo przeprowadzonej modernizacji.
Wraz z wygaszeniem japońskiej elektrowni, największą działającą elektrownią jądrową została południowokoreańska elektrownia Kori. Jej budowę rozpoczęto na początku lat 70. a pierwszy reaktor rozpoczął pracę 29 kwietnia 1978 roku. Obecnie elektrownia posiada 7 działających reaktorów (najstarszy reaktor nr. 1 został jako jedyny wyłączony permanentnie 18 czerwca 2017 roku). Elektrownia dysponuje mocą 7337 MW.
Pomimo ambitnych planów, w Polsce nigdy nie zbudowano elektrowni jądrowej. Najbardziej zaawansowane były prace nad elektrownią w Żarnowcu, ale nigdy ich nie dokończono. Obecnie pomysł budowy elektrowni jądrowej wraca w dyskusjach politycznych, ale szanse na powstanie takiego obiektu w Polsce są równe zeru, ponieważ nie dysponujemy odpowiednią technologią (podejmowano rozmowy z Amerykanami na ten temat, ale oni sami nie dysponują nowoczesnymi technologiami budowy elektrowni jądrowych), a także brakuje woli politycznej i funduszy.