Ядерная программа КНДР начала реализовываться в начале 1950‑х годов, когда закладывались основные исследования в ядерной области, создавалась соответствующая инфраструктура, начиналась подготовка научных и технических кадров.В 1947-1950 годах Советский Союз провел серию геологоразведывательных работ по урановым рудам в Северной Корее. Было обнаружено, что в КНДР имеется до 26 миллионов тонн запасов урана, из них около 4 миллионов тонн пригодны для промышленной разработки.
В 1956 году было заключено соглашение с СССР об участии КНДР в работе международного научно‑исследовательского центра в Дубне (нынешний ОИЯИ — Объединенный институт ядерных исследований). 10 августа 1957 года было подписано Соглашение между правительствами двух стран об условиях командирования советских специалистов в КНДР и корейских специалистов в СССР для оказания технической помощи и других услуг. В мае 1959 года между СССР и КНДР были заключены Соглашение об оказании СССР технического содействия КНДР в использовании атомной энергии в мирных целях и Соглашение о предоставлении помощи СССР КНДР в деле развития научно‑исследовательских работ в области ядерной физики и в деле применения атомной энергии в народном хозяйстве.
В 1964 году при помощи Советского Союза был основан научно‑исследовательский центр в Йонбене, где наряду с работами в области ядерной энергетики вскоре стали проводиться и военно‑прикладные исследования. В 1965 году в Йонбене был введен в строй советский исследовательский реактор ИРТ‑2000 мощностью 2 мегаватта. С 1985 года в Йонбене было начато строительство еще одного ядерного реактора, мощность которого должна была составить 50 мегаватт. Было также развернуто строительство реактора мощностью 200 мегаватт в районе Тхончхона. Все эти реакторы, по оценкам специалистов, имеют двойное назначение: для выработки электроэнергии и получения плутония оружейного качества. Для своей ядерной программы КНДР выбрала в качестве базового расщепляющегося вещества плутоний.
В декабре 1985 года КНДР присоединилась к Договору о нераспространении ядерного оружия (ДНЯО).
В 1986 году Соединенными Штатами в районе Йонбена были обнаружены еще один ядерный реактор и установка по производству топлива для него, которые не находились под контролем МАГАТЭ. Северокорейская сторона утверждала, что это не новый, а прежний советский реактор, мощность которого якобы увеличена до 5 МВт. С этого времени началась жесткая политическая борьба по ядерному вопросу между Пхеньяном, с одной стороны, и международным сообществом — с другой. МАГАТЭ, ООН требовали соблюдения КНДР своих обязательств по ДНЯО, заключения контрольного соглашения с международным агентством.
Северная Корея в такой обстановке избрала тактику "многослойного диалога": КНДР-США, КНДР-Республика Корея, КНДР-МАГАТЭ, надеясь найти выход из набиравшей остроту ситуации. В ноябре 1989 года МИД КНДР выступил с заявлением, в котором было предложено провести переговоры с участием КНДР, США и Южной Кореи о выводе американского ядерного оружия из РК, а также переговоры Пхеньян‑Сеул с целью разработки и подписания декларации о безъядерном статусе Корейского полуострова.
В январе 1992 года КНДР заключила соглашение о гарантиях с МАГАТЭ, по которому международное агентство приступило к инспекции северокорейских ядерных объектов. Проведенные в 1992-1993 годах инспекторами МАГАТЭ проверки ядерных объектов выявили большие расхождения между данными, предоставленными КНДР, и результатами, полученными специалистами Агентства. По расчетам инспекторов МАГАТЭ, в Северной Корее переработано большее количество облученного урана и скрыто значительное количество выделенного плутония.
12 марта 1993 года КНДР объявила о намерении выйти из ДНЯО, ссылаясь на наличие "ядерной угрозы" со стороны США и "несправедливых требований определенных кругов МАГАТЭ".
11 июня 1993 года КНДР в обмен на обязательства США не вмешиваться в ее внутренние дела и не угрожать применением силы заявила о "приостановлении" вступления в силу решения о выходе из ДНЯО.
21 октября 1994 года было опубликовано Рамочное соглашение КНДР и США по решению ядерной проблемы и урегулированию двусторонних отношений. Документ, в частности, обязывал США предпринять меры по строительству в КНДР АЭС на двух легководных ядерных реакторах общей мощностью 2 миллиона киловатт, а также — еще до завершения строительства первого реактора к 2003 году — обеспечить поставку в КНДР жидкого топлива в объеме 500 тысяч тонн в год для покрытия образующегося дефицита энергии. От КНДР было получено обязательство заморозки и демонтажа имеющегося газографитного реактора. Помимо этого, документ гарантировал сохранение КНДР в качестве участницы ДНЯО.
12 декабря 2002 года было обнародовано заявление северокорейской стороны о возобновлении своей ядерной программы, которая была заморожена по Рамочному соглашению 1994 года между КНДР и США.
10 января 2003 года КНДР официально уведомила председателя СБ ООН и участников ДНЯО об отказе от решения приостановить процедуру выхода из Договора, которое было принято ею 11 июня 1993 года. Мотивировка — необходимость защиты высших национальных интересов в условиях "усиливающейся враждебной политики и давления" со стороны США. КНДР заявила, что с 11 января 2003 года она формально свободна от обязательств по ДНЯО, а также по соглашению с МАГАТЭ о гарантиях.
В августе 2003 года начались шестисторонние переговоры по денуклеаризации Корейского полуострова. В них приняли участие высокопоставленные дипломаты России, КНДР, Южной Кореи, США, Китая и Японии. В результате переговоров КНДР не только "заморозила" свою ядерную программу, но и приступила к демонтажу реактора в экспериментальном центре в Йонбене. Однако диалог с 2008 года фактически зашел в тупик после того, как США и КНДР не договорились о способах проверки представленного Пхеньяном списка его ядерных программ, а Япония и Южная Корея отказались от выполнения своих обязательств по поставкам северным корейцам топлива для обычных электростанций взамен на отказ от ядерной программы.
10 февраля 2005 года КНДР впервые признала наличие собственного ядерного оружия. Согласно сообщению МИД КНДР, ядерные вооружения страны являются "всецело оборонительными" и будут оставаться "силой ядерного сдерживания".
Первое подземное испытание ядерного устройства КНДР провела 9 октября 2006 года. По информации министра обороны России Сергя Иванова, мощность ядерного устройства, испытанного КНДР, составила от 5 до 15 килотонн.
14 октября 2006 года Совет Безопасности ООН принял резолюцию 1718, требующую приостановить ракетную программу и восстановить мораторий на запуски баллистических ракет и ограничивающую поставки Пхеньяну продукции и технологий, которые могут быть использованы в военных целях, в частности, для обогащения урана. Северная Корея со своей стороны обещала отказаться от ядерных вооружений, как только перестанет ощущать угрозу со стороны США.
14 апреля 2009 года КНДР заявила о возобновлении своей ядерной программы и выходе из шестисторонних переговоров о денуклеаризации Корейского полуострова. Заявление Пхеньяна прозвучало в ответ на решение СБ ООН, осудившего произведенный 5 апреля запуск северокорейской ракеты со спутником. Пхеньян также пообещал провести испытания ядерного оружия и межконтинентальной баллистической ракеты "в целях самообороны".
В апреле 2009 года инспекторы Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) покинули Северную Корею по требованию властей страны.
25 мая 2009 года КНДР провела вторые подземные ядерные испытания и, по некоторым данным, испытательный пуск зенитной ракеты "земля‑воздух" с радиусом действия около 80 километров. По данным Минобороны РФ, мощность ядерного заряда составила от 10 до 20 килотонн.
В мае 2010 года Северная Корея объявила об успехах в термоядерном синтезе, что может в сотни раз увеличить мощность ее ядерных боезарядов.
13 ноября 2010 года агентство Киодо со ссылкой на почетного директора американской Национальной лаборатории Лос-Аломос Зигфрида Хекера сообщило о начале строительства экспериментального реактора в Йонбене.
Хекер, который посетил КНДР, сообщил репортерам в Пекине, что к строительству 25‑30 мегаваттного реактора приступили только недавно. Для завершения проекта северокорейским инженерам потребуется несколько лет.
В середине ноября в ряде СМИ появились сделанные со спутника фотографии, анализ которых подтвердил ранее озвученную информацию о строительстве экспериментального легководного реактора.
В конце ноября 2010 года КНДР официально подтвердила сведения о расширении своей ядерной программы, объявив о нескольких тысячах действующих центрифуг на предприятии по обогащению урана в Йонбене.
В феврале 2011 года агентство Ренхап со ссылкой на правительственные и военные источники Южной Кореи сообщило, что Северная Корея ведет работы по рытью специальных туннелей на полигоне Punggye‑ri в провинции Хамген‑Пукто на севере страны, что может указывать на подготовку к новым ядерным испытаниям (именно в провинции Хамген‑Пукто в 2006 и 2009 годах были проведены ядерные испытания).
24 августа 2011 года во время своего визита в Россию северокорейский лидер Ким Чен Ир на встрече с президентом РФ Дмитрием Медведевым в военном городке Сосновый Бор в Бурятии заявил о готовности КНДР возобновить шестисторонние переговоры по ядерной проблеме без каких‑либо предварительных условий.
В июле и октябре 2011 года в Нью‑Йорке и Женеве состоялись встречи представителей США и Северной Кореи по вопросу возобновления шестисторонних переговоров по ядерной программе Северной Кореи.
В сентябре 2011 года в Пекине главы делегаций КНДР и Южной Кореи провели двустороннюю встречу и обсудили перспективы возобновления переговоров.
24 февраля 2012 года в Пекине стартовали двухдневные консультации спецпредставителя США по КНДР Глина Дэвиса и первого заместителя МИД КНДР Ким Ге Гвана. Стороны обсудили возможности восстановления прерванных в 2008 году шестисторонних переговоров. Переговоры в Пекине стали первыми после перехода власти в Северной Корее к младшему сыну Ким Чен Ира Ким Чен Ыну.
29 февраля стало известно, что КНДР согласилась ограничить свою активность в военной и атомной сферах и, в частности, отказаться от испытаний ядерного оружия в обмен на продовольственную помощь от США.
В мае американские аналитики сообщили о возобновлении строительной активности на северокорейском предприятии по обогащению урана в Йонбене. На основании спутниковых снимков специалисты высказывают предположение о завершении строительства внешней части реактора на легкой воде, мощность которого будет, по различным данным, от 25 до 30 мегаватт. Информации о том, как идет строительство внутренней части объекта, не поступало.
В конце 2012 года министерство обороны Южной Кореи опубликовало "Белую Книгу", в которой приводится мнение экспертов из США и Южной Кореи о расширении ядерной программы КНДР. Проанализировав спутниковые снимки, эксперты двух стран заявили о наличии у КНДР других предприятий по обогащению урана, кроме известного предприятия в Йонбене. Как сообщило, в свою очередь, агентство Ренхап, также со ссылкой на "Белую Книгу", КНДР располагает около 40 килограммами оружейного плутония, полученного путем четырехкратной переработки отработанных топливных стержней.
24 января 2013 года КНДР официально заявила о намерении провести ядерные испытания и продолжить запуски ракет.
Накануне Пхеньян в ответ на расширение Совбезом ООН санкций в связи с осуществленным в начале декабря 2011 года запуском северокорейской баллистической ракеты заявил о намерении страны наращивать свой военный потенциал и развивать ядерную программу, отказавшись от переговоров по денуклеаризации Корейского полуострова.