Под строительство передавалась неосвоенная промышленная площадка автомобильного завода, площадью 240 га, на которой были расположены пять недостроенных производственных зданий. В первой половине 1949 года началось строительство новых промышленных корпусов и коммуникаций, стали закладываться жилые дома и объекты соцкультбыта. Главной задачей предприятия было производство тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) для первых советских промышленных реакторов. На заводе осуществлялся технологический цикл химической, металлургической и механической переработки урана от рудного сырья до готовых тепловыделяющих элементов. В состав НЗХК в то время входило четыре основных цеха уранового топливного цикла и опытно – промышленное производство. В 1950 году состоялся пуск в эксплуатацию опытного производства, а уже в 1951 году выпущена первая основная продукция завода. Проектная мощность производства урановых изделий была превышена в 1953 году.

Первоначально характерным для нового производства являлись низкая производительность и  малый выход годной продукции. Это было связано с отсутствием специализированного оборудования, несовершенством и сложностью технологических схем, потреблением дорогостоящих материалов и химикатов, высокой трудоемкостью и вредностью для персонала. В короткий срок коллективом предприятия и сотрудниками отраслевых институтов была проведена огромная работа по усовершенствованию, разработке и внедрению новых технологических процессов и оборудования, что позволило значительно повысить качество продукции и производительность. С 1960 по 1968 годы количество дефектов ТВЭЛов, проявляющихся при работе их в реакторах, снизилось с 5,2% до 0,07%. Объем производства ТВЭЛов в 1968 году возрос в 7,5 раз по сравнению с 1953 годом, а стоимость передела сократилась в 13,8 раза.

В январе 1971 года за успешное выполнение заданий восьмой пятилетки и организацию производства новой техники Указом Президиума Верховного Совета СССР завод был награжден орденом Ленина.
В 60-х годах ХХ века на предприятии было создано масштабное литиевое производство, представляющее собой  технологический комплекс, способный перерабатывать исходное сырье, получая максимально чистый литий и его соли, которые использовались во многих отраслях народного хозяйства. Именно это производство дало возможность заводу впоследствии впервые выйти на мировой рынок.

Накопленный опыт работы с делящимися материалами позволил предприятию на следующем этапе своего развития приступить к производству тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок (ТВС) для исследовательских реакторов на основе металлокерамической композиции ядерного топлива в виде тонкостенных трёхслойных труб. Эта продукция нашла применение во многих научно - исследовательских центрах атомной отрасли.

ТВС для научно – исследовательских реакторов предназначены для генерации потока нейтронов, необходимого при проведении экспериментов в области ядерной физики, физики реактора, решения металловедческих задач, промышленной наработки радиоизотопной продукции. Основой конструкции ТВС является трубчатый бесшовный трёхслойный ТВЭЛ, средний слой которого, топливная урановая композиция, периферийные слои – оболочки из алюминиевых сплавов. ТВЭЛы имеют различные формы поперечного сечения и массу урана. Основой реализации конструктивных решений ТВЭЛов на предприятии стала технология «горячего совместного выдавливания» (метод экструзии) и метод холодного волочения с высокотемпературным газовым обжатием («втулочная» технология).

В 70 – 80-е ХХ века, годы благодаря развитию отечественной и мировой ядерной энергетики была значительно расширена сфера деятельности завода в области производства топлива для атомных электростанций (АЭС).
Период семидесятых и первая половина восьмидесятых годов были этапом наиболее интенсивного развития российской атомной энергетики. В 1980 году на НЗХК было создано серийное производство тепловыделяющих элементов и ТВС для энергетических реакторов большой мощности, охлаждаемых водой под давлением. В его основу были заложены технические решения, позволяющие обеспечить выпуск крупных серий ядерного топлива. В 1982 году был принят в эксплуатацию пусковой комплекс зданий для крупномасштабного производства ТВС для энергетических реакторов АЭС. Первые тепловыделяющие сборки для реакторов типа ВВЭР-1000 были изготовлены на Новосибирском заводе химконцентратов в 1980 году, а в 1997 году была изготовлена первая партия кассет для реакторов типа ВВЭР – 440. В первое время данное производство было преимущественно сборочным, но по мере своего развития приобретало всё более полный законченный цикл – от производства порошка для топливных таблеток и их изготовления, до выпуска основных комплектующих деталей ТВС.

На предприятии постоянно ведётся работа по диверсификации производства, как в ядерных, так и неядерных направлениях. В 2006 году была введена в эксплуатацию первая очередь производства цеолитных катализаторов, применяемых в нефтегазопереработке для разделения углеводородов на фракции. В 2011 году освоено производство уран-алюминиевых стержней, используемых для получения изотопов, применяемых в радиационной медицине.

В 1992 году была проведена процедура акционирования предприятия, а в 1997 году завод стал именоваться открытое акционерное общество «Новосибирский завод химконцентратов».
После создания в 1996 году по Указу Президента Российской Федерации открытого акционерного общества «ТВЭЛ», для объединения в единую структуру российских предприятий, специализирующихся на добыче природного урана, производстве и поставках ядерного топлива для различных типов реакторов атомных электростанций, ОАО «НЗХК» вошло в состав образованной корпорации.