La firma del contrato para la construcción de Atucha II se efectuó el 9 de mayo de 1980, por un costo aproximado de 1.800 millones de dólares y un plazo de ejecución de 7 años. Comenzó a construirse entre 1980 y 1982, avanzando muy lentamente con el retorno de la democracia producto de la volátil situación económica que vivía el país.
Con el auge de las políticas neoliberales en la década del '90, la desindustrialización del país, en 1994 se paralizó definitivamente la construcción de la Central.
En 2006 el Dr. Néstor Kirchner anunció el Plan de Reactivación que tenía entre otros objetivos terminar la Central Atucha II. Para entonces la obra civil se encontraba con un gran avance por un lado y por el otro prácticamente todos los componentes se encontraban acopiados en el sitio.
Desde 2006, se ejecutó el proyecto de reactivación el cual tenía tres fases: Relanzamiento (reorganización, recuperación de infraestructura, ingeniería y contratos); Construcción y Montaje; y Puesta en Marcha definitiva; para ello se ejecutaron 42 millones de horas hombre con una dotación de 4 mil personas en promedio, con un pico de 7200 en agosto de 2010. Debieron reconvocarse a la actividad a 800 especialistas que se habían alejado producto del desmantelamiento del sector y se formaron 187 jóvenes profesionales, 242 técnicos y 1300 soldadores nucleares, además se certificaron 30 empresas nacionales como proveedoras del área nuclear.
Tanto el agua pesada como los elementos combustibles fueron producidos en nuestro país.
También se contó con la asistencia y colaboración de entidades internacionales como el Organismo Internacional de Energía Atómica, entidad de la cual la República Argentina es parte y con quien la Comisión Nacional de Energía Atómica ha acordado y puesto en vigencia un programa de asistencia técnica para Atucha II. También se contó con el aporte de otras entidades y empresas tecnológicas internacionales.
En 2011 se anunció la conclusión de las obras de montaje y se iniciaron las pruebas de los 566 subsistemas de la central, para luego verificar el funcionamiento de cada sector. Este proceso culminó con el inicio de la carga de agua pesada en 2014 para poner en funcionamiento el reactor, producir vapor y generar energía eléctrica.
El 3 de junio, a las 9:02 hs, se alcanzó con éxito la primera criticidad en el reactor de la Central logrando una reacción nuclear controlada. De esta forma se inició la operación nuclear.
El viernes 27 de junio se sincronizó el generador al Sistema Interconectado Nacional, en adición a Atucha I (357 MWe) y Embalse (648 MWe).
A partir del segundo semestre comenzó a entregar energía al Sistema Interconectado Nacional y paulatinamente fue incrementando su potecia hasta llegar al 100% a principios del 2015 entregando al SIN 692 megavatios.
El turbogrupo de Atucha II pasó a ser la máquina de mayor potencia unitaria del SADI, posición que hasta ahora ocupaba la de la Central Nuclear de Embalse.
Durante esta etapa del Proyecto, es decir desde el año 2006 hasta el mes de junio de 2014 en que se inició la operación, se invirtieron aproximadamente $ 18.300 millones, IVA incluido, provenientes fundamentalmente de Aportes del Tesoro Nacional y de Fideicomisos Financieros.