Новоуральск ведет свою историю с февраля 1941 года, когда на переданной Наркомату авиапромышленности территории вблизи поселка Верх-Нейвинск началось строительство завода легких сплавов и заводского поселка. Развитие поселковой инфраструктуры и социальной сферы находилось в ведении Среднеуральского управления строительства. Первый генеральный план Новоуральска был создан ленинградским проектным институтом ГСПИ-II. В 1944-м завод по переплавке лома легких металлов получил название "Союзный завод № 261 Наркомата авиационной промышленности". В годы Великой Отечественной войны на этом заводе было налажено производство гидравлических шасси и других деталей для самолетов.

Летопись края неразрывно связана с историей создания советской атомной промышленности. В 1946 году на производственной базе завода № 261 началось сооружение газодиффузионного завода, носившего название Комбинат № 813 и предназначенного для производства высокообогащенного урана. Три года спустя завод «Д-1» произвел материал, использованный при создании первой советской урановой атомной бомбы. Второй газодиффузионный завод был сдан в эксплуатацию в 1951-м. В последующие два года было введено в строй несколько очередей завода «Д-4». В 1957-м был построен опытный завод, использовавший центрифужные технологии обогащения урана. Построенный несколько лет спустя электрохимический комбинат захватил мировое лидерство в области центробежной технологии разделения изотопов урана.

В 1954-м поселок был преобразован в город Новоуральск. В 1967 году был основан Уральской автомоторный завод (совр. ЗАО «Автомобили и моторы Урала»). В период с 1954-го по 1994 год город носил номерное название "Свердловск-44". С начала 1970-х городские предприятия поставляли низкообогащенный уран во Францию, Испанию, Бельгию, Англию, Германию, Швецию, Финляндию, Италию, США и Южную Корею. В рамках договоренностей, заключенных между Россией и Соединенными Штатами в первой половине 1990-х, в 1995 году Уральский электрохимический комбинат приступил к переработке высокообогащенного урана, предназначавшегося для военных нужд, в низкообогащенный уран для атомных электростанций США.