31 июля 1954 года было принято Постановление Центрального Комитета и Совета министров СССР о создании Северного испытательного полигона на островах Новой Земли. Он был предназначен стать звеном в программе быстрейшей ликвидации отставания СССР от США в области ядерных вооружений. 17 сентября 1954 года была подписана Директива Главного Штаба Военно-Морского Флота о штатной структуре гарнизона Северного полигона. Его значение многократно возросло после создания в СССР термоядерного оружия.
Центральный участок полигона находился близ пос. Белушья, а аэродром – в районе селения Рогачево. Для проведения воздушных ядерных испытаний, в соответствии с постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 5 марта 1958 года, территория полигона была расширена, и за ним был закреплен статус Государственного центрального полигона Министерства обороны.
Первое в СССР подводное ядерное испытание на глубине 12 метров было произведено на Северном полигоне 21 сентября 1955 года. Последнее испытание атомного оружия на Новоземельском полигоне состоялось 24 октября 1990 года – накануне объявления Советским правительством моратория на ядерные испытания.
Всего на Новой Земле было произведено 135 ядерных испытаний в атмосфере, под водой и под землей, в том числе – взрыв самой мощной в истории человечества водородной бомбы мощностью свыше 50 мегатонн на высоте 4,5 километра.
27 февраля 1992 года президент РФ Борис Ельцин подписал указ «О полигоне на Новой Земле», в котором он был определен как центральный военный полигон страны.
В настоящее время ядерные испытания на архипелаге не проводятся, но осуществляются неядерные эксперименты для обеспечения надежности, боеспособности и безопасности хранения ядерных боеприпасов.