полигон стал формироваться 17 сентября 1954 г. согласно директиве Главного штаба ВМФ, определившей штатную структуру новой воинской части – в/ч 77510. Эта дата и считается днем рождения полигона. В его состав вошли: научно-испытательная часть, части авиации, подразделения тыла, связи, гидрографии, дивизион кораблей и другие части.
С ноября 1954 по сентябрь 1955 г. первым начальником полигона ВМФ был Герой Советского Союза капитан 1-го ранга В.Г. Стариков. Более десяти лет возглавлял соответствующее управление ВМФ и направлял деятельность полигона контр-адмирал П.Ф. Фомин. Строительные работы возглавил инженер-полковник Е.Н. Барковский.
Полигон имел три технологические зоны: «А» – губа Черная, «Б» – губа Белушья, «В» – Рогачево. К концу августа 1955 г. в губе Черная были построены: командный пункт, штаб, столовая, поселок для испытателей, 19 береговых приборных пунктов и стендов, 2 ретрансляционных пункта автоматики управления, гидротехнические, инженерные и опытные сооружения противодесантной обороны. В губе Белушья созданы: радиохимическая, физико-техническая, медико-биологическая, кинофототехническая лаборатории; сооружение для сборки заряда; служебные, складские, жилые, бытовые помещения.
В Рогачеве введен аэродром для базирования полка истребительной реактивной авиации, смешанной эскадрильи специального назначения и эскадрильи транспортной авиации. В Белушьей и Рогачеве находились 525-й дивизион кораблей и судов специального назначения, 580-й отдельный транспортный авиационный отряд, 1950-й истребительный авиационный полк, бригада кораблей. Опытное поле для воздушных испытаний располагалось на Северном острове на полуострове Сухой Нос. В 90 км от него размещался ЦКП управления авиацией.
После Е.Н. Барковского первым начальником Новоземельского полигона был назначен капитан 1-го ранга В.Г. Стариков. Старикова на этом посту сменил капитан 1-го ранга Н.А. Оссовский. Через четыре с половиной месяца руководить Новоземельским полигоном назначили контр-адмирала Н.Л. Луцкого, за ним – вице-адмирала С.П. Кострицкого. Всего же за время функционирования полигона им руководили 17 начальников. С 2002 г. начальником является генерал-майор Юрий Иванович Соколов.
25 августа 1955 г. было принято постановление Совета Министров СССР о проведении первого испытания ядерного заряда на Новой Земле. Сборку первого специального изделия для испытания в 1955 г. произвели на полигоне вручную под руководством подполковника Е.А. Негина, впоследствии Героя Социалистического Труда, академика, лауреата Ленинской и Государственной премий, генерал-лейтенанта. Научное руководство разработкой специальных изделий осуществляли Герой Социалистического Труда, лауреат Нобелевской и Ленинской премий академик Н.Н. Семенов; трижды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской и государственных премий академик Ю.Б. Харитон. Документы по организации и проведению первого испытания утверждались министром обороны СССР Маршалом Советского Союза Г.К. Жуковым.
