31 июля 1954 года было принято Постановление и СМ 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. 21 сентября 1955 года на Северном полигоне было произведено первое в СССР подводное ядерное испытание на глубине 12 метров. 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.