Первая очередь ЧАЭС (первый и второй энергоблоки с реакторами РБМК-1000) была построена в 1970—1977 годах, вторая очередь (третий и четвертый энергоблоки с аналогичными реакторами) была построена на этой же площадке к концу 1983 года. В 1981 году в 1,5 км к юго-востоку от площадки первой—второй очереди было начато строительство третьей очереди — пятого и шестого энергоблоков с такими же реакторами, остановленное после аварии на четвёртом энергоблоке при высокой степени готовности объектов.
Непосредственно в долине реки Припять к юго-востоку от площадки АЭС для обеспечения охлаждения конденсаторов турбин и других теплообменников первых четырех энергоблоков построен наливной пруд-охладитель площадью 22 км² на уровне, превышающем уровень воды в реке Припять на 7 м и на 3,5 м ниже отметки планировки площадки АЭС. Для обеспечения охлаждения теплообменников третьей очереди планировалось использовать возводимые рядом с пятым и шестым строящимися блоками градирни.
Проектная генерирующая мощность ЧАЭС составляла 6000 МВт, по состоянию на апрель 1986 года в эксплуатации были задействованы четыре энергоблока с реакторами РБМК-1000 суммарной генерирующей мощностью 4000 МВт[4] На момент аварии Чернобыльская АЭС, наряду с Ленинградской и Курской, была самой мощной в СССР (По данным МАГАТЭ пуск четвертого энергоблока Курской АЭС состоялся в феврале 1986 года, и он ещё только выходил на проектную мощность). По неподтвержденным сведениям всего на ЧАЭС планировалось ввести до 12 реакторов, но это не более, чем городская легенда.
После 23 лет и одного дня эксплуатации 15 декабря 2000 года станция прекратила генерацию электроэнергии. В настоящее время ведутся работы по выводу из эксплуатации Чернобыльской АЭС и преобразованию разрушенного в результате аварии четвертого энергоблока в экологически безопасную систему.

В соответствии с Постановлением Совета Министров СССР от 29 июня 1966 года, утверждавшим план ввода атомных станций в 1966—1977 годах, было запланировано задействовать энергетические мощности в размере 11 900 МВт, в том числе с реакторами РБМК — 8 000 МВт. Одна из атомных электростанций должна была компенсировать дефицит электроэнергии в Центральном энергетическом районе — самом крупном в Объединённой энергосистеме (ОЭС) Юга. Ввод в эксплуатацию первого энергоблока первой атомной электростанции на Украине планировался в 1974 году, второго — в 1975 году.

16 мая 1975 года приказом директора ЧАЭС создана комиссия по подготовке и проведению пуска 1-го энергоблока. С начала октября 1975 года на склад свежего топлива стали поступать первые топливные сборки. В связи с отставанием от плановых сроков по критическим позициям графика пуска блока была организована круглосуточная работа, 23 ноября издан приказ директора об организации непрерывных работ по графитовой кладке 1-го энергоблока. 15 мая 1976 года в соответствии с требованиями технического проекта и СЭС установлен регулярный дозиметрический контроль в районах зоны прилегания к АЭС. В октябре 1976 года приступили к заполнению пруда-охладителя. В этом же году для выполнения наладки, а также обеспечения ремонта энергетического оборудования машинного зала на ЧАЭС был организован производственный участок предприятия «Львовэнергоремонт».
В начале мая 1977 года коллектив монтажников, строителей, наладчиков и эксплуатационный персонал ЧАЭС приступили к пуско-наладочным работам на 1-м энергоблоке. С 8 июня 1977 года в связи с началом работ по сборке топлива была организована зона строгого режима (ЗСР). 1 августа в 20:10 произведена загрузка первой ТВС, а 14 августа в 11:55 полномасштабная загрузка топлива была завершена. 18 сентября 1977 года в 16:17 начался подъем мощности реактора и 26 сентября в 20:19 включен в сеть турбогенератор № 2 первого блока. Турбогенератор № 1 включен в сеть 2 ноября. 14 декабря 1977 года подписан Акт приемки первого энергоблока ЧАЭС в эксплуатацию, 24 мая 1978 года первый энергоблок был выведен на мощность 1 000 МВт.
Площадка была выбрана в 4 км от села Копачи Чернобыльского района, на правом берегу реки Припять в 15 км от города Чернобыль вблизи станции Янов железнодорожной линии Чернигов — Овруч. По итогам обследования, земли, на которых она располагалась, были признаны малопродуктивными. Установлено было также соответствие требованиям водообеспечения, транспорта и санитарно-защитной зоны.
Данная площадка была рекомендована Государственной комиссией и согласована с Киевским обкомом КПУ, Киевским облисполкомом, Министерством энергетики и электрификации УССР и другими заинтересованными организациями. 18 января 1967 года Коллегией Госплана УССР рекомендовано место размещения АЭС около села Копачи Киевской области, будущей станции дано название Чернобыльская. 2 февраля 1967 года Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР утверждены рекомендации Госплана УССР о размещении АЭС около села Копачи Киевской области.

16 ноября 1978 года начался физический пуск второго энергоблока, 19 декабря приступили к подъему мощности реактора второго энергоблока и 21 декабря произведено включение в сеть турбогенератора № 3. 10 января 1979 года дал промышленный ток турбогенератор № 4, подписан Акт приёмки второго энергоблока. 22 апреля 1979 года Чернобыльская АЭС выработала первые десять миллиардов кВт·ч. 28 мая 1979 года энергоблок № 2 выведен на проектную мощность 1 000 МВт, которая была освоена за 5 месяцев. 5 октября 1979 года первая очередь Чернобыльской АЭС в составе двух энергоблоков выведена на номинальную мощность 2 000 МВт. На освоение первого энергоблока ЧАЭС ушло 8 месяцев, на освоение второго — 5 месяцев.
21 октября 1980 года поставлена под напряжение ЛЭП 750 кВ.

3 декабря 1981 года осуществлен энергетический пуск третьего энергоблока. 8 марта 1982 года на ЧАЭС выработано первые 50 миллиардов кВт·ч электроэнергии. 9 июня 1982 года на третьем энергоблоке освоена проектная мощность 1 000 МВт.

25 ноября 1983 года на реакторе 4-го энергоблока загружена первая ТВС, а 21 декабря турбогенератор № 7 уже включен в сеть. 30 декабря включен в сеть турбогенератор № 8. 28 марта 1984 года 4-й энергоблок выведен на проектную мощность 1 000 МВт. 21 августа 1984 года на Чернобыльской АЭС выработано первые 100 миллиардов кВт·ч электроэнергии.
.

9 сентября 1982 года после выполненного среднего планового ремонта во время пробного пуска реактора 1-го энергоблока на мощности 700 МВт тепловых при номинальных параметрах теплоносителя произошло разрушение тепловыделяющей сборки и аварийный разрыв технологического канала № 62-44. Вследствие разрыва была деформирована графитовая кладка активной зоны, в реакторное пространство выброшено значительное количество радиоактивных веществ из разрушенной тепловыделяющей сборки. Тяжелые последствия аварии обусловлены несрабатыванием аварийной защиты и длительным (в течение 20 минут) удержанием реакторной установки после разрыва канала на мощности 700 МВт тепловых.
Следствием разрыва канала явился выброс радиоактивной парогазовой смеси из реакторного пространства блока № 1 в аварийный конденсатор, трубопровод связи газовых контуров блоков и далее под колокол мокрого газгольдера. В этой части газового контура произошло кратковременное повышение давления, что привело к забросу до 800 кг воды из гидрозатворов в реакторное пространство блока № 2, работавшего на номинальной мощности. За счет испарения заброшенной воды произошло резкое повышение давления в реакторном пространстве блока № 2, что в свою очередь привело к выдавливанию остальных гидрозатворов со стороны реакторного пространства. Парогазовая смесь из реакторного пространства блока № 2 выбрасывалась под колокол мокрого газгольдера и далее через его опорожненный гидрозатвор вместе с радиоактивной парогазовой смесью из реакторного пространства блока № 1 — в вентиляционную трубу и атмосферу. В результате выброса радиоактивными веществами была загрязнена значительная территория. Для ликвидации последствий этой аварии потребовалось около 3 месяцев ремонтных работ. Канал 62-44 и участок активной зоны, непосредственно примыкающий к разрушенному каналу, навсегда выведен из работы.
По официальным данным, авария не оказала значимого воздействия на окружающую среду. Повышенные уровни радиоактивного загрязнения окружающей среды были кратковременными.
После аварии проектантами были разработаны и реализованы мероприятия по предупреждению подобных инцидентов.
До сегодняшнего дня нет единого мнения. Существует две версии причины, вызвавшей разрыв канала:
прекращение циркуляции теплоносителя в канале вследствие грубого нарушения персоналом цеха наладки технологического регламента во время регулирования поканальных расходов воды или попадания в канал инородного предмета;
остаточное внутреннее напряжение в стенках циркониевой канальной трубы, возникшее вследствие самовольного изменения заводом технологии её производства.

26 апреля 1986 года в 1:23:47 в ходе проведения проектного испытания турбогенератора № 8 на энергоблоке № 4 произошёл взрыв, который полностью разрушил реактор. Здание энергоблока, кровля машинного зала частично обрушились. В различных помещениях и на крыше возникло более 30 очагов пожара. Основные очаги пожара на крыше машинного зала к 2 часам 10 минутам и на крыше реакторного отделения к 2 часам 30 минутам были подавлены. К 5 часам 26 апреля пожар был ликвидирован.
После разотравления топлива разрушенного реактора приблизительно в 20 часов 26 апреля в разных частях центрального зала 4 блока возник пожар большой интенсивности. К тушению данного пожара вследствие тяжелой радиационной обстановки и значительной мощности горения штатными средствами не приступали. Для ликвидации возгорания и обеспечения подкритичности дезорганизованного топлива использовалась вертолётная техника.
В первые часы развития аварии остановлен соседний 3-й энергоблок, произведены отключения оборудования 4-го энергоблока, разведка состояния аварийного реактора.
В результате аварии произошёл выброс в окружающую среду, по различным оценкам, до 14·1018 Бк, что составляет примерно 380 миллионов кюри радиоактивных веществ, в том числе изотопов урана, плутония, иода-131, цезия-134, цезия-137, стронция-90.
Непосредственно во время взрыва на четвёртом энергоблоке погиб только один человек, ещё один скончался утром от полученных травм. 27 апреля 104 пострадавших эвакуированы в Московскую больницу № 6. Впоследствии, у 134 сотрудников ЧАЭС, членов пожарных и спасательных команд развилась лучевая болезнь, 28 из них умерли в течение следующих нескольких месяцев.
Для ликвидации последствий аварии распоряжением Совета Министров СССР была создана правительственная комиссия, председателем которой был назначен заместитель председателя Совета министров СССР Б. Е. Щербина. Основная часть работ была выполнена в 1986—1987 годах, в них приняли участие примерно 240 000 человек. Общее количество ликвидаторов (включая последующие годы) составило около 600 000. В первые дни основные усилия были направлены на снижение радиоактивных выбросов из разрушенного реактора и предотвращение ещё более серьёзных последствий.
Затем начались работы по очистке территории и захоронению разрушенного реактора. Обломки, разбросанные по территории АЭС и на крыше машинного зала были убраны внутрь саркофага или забетонированы. Вокруг 4-го блока приступили к возведению бетонного «саркофага» (т. н. объект «Укрытие»). В процессе строительства «саркофага» было уложено свыше 400 тыс. м³ бетона и смонтированы 7 000 тонн металлоконструкций. Его возведение завершено и Актом Государственной приёмочной комиссии законсервированный четвёртый энергоблок принят на техническое обслуживание 30 ноября 1986 года. Приказом № 823 от 26 октября для эксплуатации систем и оборудования объекта «Укрытие» организован реакторный цех четвёртого блока.
22 мая 1986 года постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 583 был установлен срок ввода в эксплуатацию энергоблоков № 1 и 2 ЧАЭС — октябрь 1986 года. В помещениях энергоблоков первой очереди проводилась дезактивация, 15 июля 1986 года окончен её первый этап.
В августе на второй очереди ЧАЭС произведено рассечение коммуникаций, общих для 3-го и 4-го блоков, возведена бетонная разделительная стена в машинном зале.
После выполненных работ по модернизации систем станции, предусмотренных мероприятиями, утверждёнными Минэнерго СССР 27 июня 1986 года и направленными на повышение безопасности АЭС с реакторами РБМК, 18 сентября получено разрешение на начало физического пуска реактора первого энергоблока. 1 октября 1986 года запущен первый энергоблок и в 16 ч 47 мин произведено подключение его к сети. 5 ноября произведен пуск энергоблока № 2.
24 ноября 1987 года приступили к физическому пуску реактора третьего энергоблока, энергетический пуск состоялся 4 декабря. 31 декабря 1987 года решением Правительственной комиссии № 473 утверждён акт приёмки в эксплуатацию 3-го энергоблока ЧАЭС после ремонтно-восстановительных работ.
Строительство 5-го и 6-го блоков было прекращено при высокой степени готовности объектов. Существовало мнение о целесообразности окончания строительства и пуска 5-го блока, имевшего незначительные уровни радиационного загрязнения, вместо проведения масштабной дезактивации 3-го блока для его дальнейшей эксплуатации. По состоянию на 1987 год была освоена треть капиталовложений по 5 энергоблоку. 27 мая 1987 года было официально заявлено, что строительство III очереди продолжаться не будет.
27 апреля было эвакуировано население города-спутника ЧАЭС — Припять и жителей населенных пунктов в 10-километровой зоне. В последующие дни эвакуировано население других населённых пунктов 30-километровой зоны.
2 октября 1986 года принято решение о строительстве нового города для постоянного проживания работников Чернобыльской АЭС и членов их семей после аварии на ЧАЭС — Славутича. 26 марта 1988 года выдан первый ордер на заселение квартир.
В результате аварии из сельскохозяйственного оборота было выведено около 5 млн. га земель, вокруг АЭС создана 30-километровая зона отчуждения, уничтожены и захоронены сотни мелких населённых пунктов, около 200 000 человек было эвакуировано из зон, подвергшихся загрязнению.

22 сентября 1997 года начата реорганизация ПО «Чернобыльская АЭС» и её вхождение в структурное подразделение НАЭК «Энергоатом». 25 апреля 2001 года ЧАЭС реорганизована в Государственное специализованое предприятие Чернобыльская АЭС, а 15 июля 2005 года передана в сферу управления МЧС Украины.
17 февраля 1990 года Верховный Совет Украинской ССР и Совет Министров Украинской ССР определили срок вывода из эксплуатации энергоблоков Чернобыльской АЭС в 1991 году, 17 мая Совет Министров СССР выдал распоряжение о разработке программы вывода из эксплуатации энергоблоков.
2 августа того же года Верховный Совет Украинской ССР объявил Мораторий на строительство новых атомных станций и на увеличение мощности существующих сроком на пять лет.
Пожар 11 октября 1991 года на втором энергоблоке послужил основанием для решения Верховного Совета Украины о немедленном закрытии второго энергоблока Чернобыльской АЭС, а также о закрытии первого и третьего энергоблоков в 1993 году. Однако уже в 1993 году Мораторий 1990 года на строительство новых атомных электростанций был досрочно снят и по предложению Кабинета Министров Украины принято решение о продолжении эксплуатации Чернобыльской АЭС в течение срока, определяемого ее техническим состоянием.
Под влиянием мировой общественности и взятых на себя обязательств было принято окончательное решение о выводе из эксплуатации Чернобыльской АЭС. Постановлением Кабинета Министров Украины от 22 декабря 1997 года признано целесообразным произвести досрочное снятие с эксплуатации энергоблока № 1, остановленного 30 ноября 1996 года.
Постановлением Кабинета Министров Украины от 15 марта 1999 года признано целесообразным произвести досрочное снятие с эксплуатации энергоблока № 2, остановленого после аварии в 1991 году.
11 декабря 1998 года был принят Закон Украины, определивший особенности правовых отношений во время дальнейшей работы ЧАЭС и досрочного снятия с эксплуатации энергоблоков, преобразования разрушенного четвёртого энергоблока в экологически безопасную систему, а также защиту персонала Чернобыльской АЭС.
29 марта 2000 года Кабинетом Министров Украины принято решение о досрочном снятии с эксплуатации энергоблока № 3 и окончательном закрытии Чернобыльской АЭС до конца 2000 года. В апреле Указом Президента Украины была создана Межведомственная (правительственная) комиссия по комплексному решению проблем Чернобыльской АЭС.
Указом Президента Украины от 25 сентября создан Организационный комитет по подготовке и проведению мероприятий, связанных с Актом закрытия Чернобыльской АЭС. В утвержденных 19 октября 2000 года Президентом Украины Мероприятиях к закрытию Чернобыльской атомной станции[40], а также в Постановлении Кабинета Министров Украины от 29 ноября определён срок окончательного останова и перевода в режим снятия с эксплуатации 3-го блока ЧАЭС — 12:00 15 декабря 2000 года.
5 декабря были проведены парламентские слушания с участием иностранных представителей в связи с закрытием ЧАЭС. Накануне закрытия, 14 декабря 2000 года, состоялся рабочий визит на Чернобыльскую АЭС Президента Украины Л. Д. Кучмы. Во время встречи с персоналом станции Президент заверил, что ни один работник не останется без социальной защиты. Принятое Постановление Кабинета Министров Украины от 29 ноября «О мероприятиях по социальной защите работников Чернобыльской АЭС и жителей города Славутич в связи с закрытием станции» определило комплекс мер по смягчению социальных последствий.
C 5 декабря 2000 года мощность реактора постепенно снижалась при подготовке к остановке. 14 декабря реактор работал на 5 % мощности для церемонии остановки и 15 декабря 2000 года в 13 часов 17 минут по приказу Президента Украины во время трансляции телемоста Чернобыльская АЭС — Национальный дворец «Украина» поворотом ключа аварийной защиты пятого уровня (АЗ-5) реактор энергоблока № 3 Чернобыльской АЭС был остановлен навсегда, и станция прекратила генерацию электроэнергии.

15 декабря 2000 года для коллектива ЧАЭС начался принципиально новый этап — период снятия остановленных энергоблоков с эксплуатации, являющийся важным звеном всего жизненного цикла любой АЭС. Для выполнения этой задачи решением правительства Чернобыльская АЭС была выведена из состава компании «Энергоатом» и преобразована в государственное специализированное предприятие. На основе ремонтной службы ЧАЭС в составе «Энергоатома» создано предприятие «Атомремонтсервис», где сегодня работают 730 человек, более трехсот из которых — бывшие работники Чернобыльской АЭС. Созданный на базе управления противоаварийными действиями Чернобыльской АЭС учебно-аварийный центр компании «Энергоатом» также укомплектован, в основном, бывшими работниками ЧАЭС.