Строительство Останкинской башни началось в 1960 году весьма странным образом: проект ещё не был окончательно утверждён, а строительные работы по закладке фундамента уже велись. Кроме использования в качестве основного материала бетона, сомнения у специалистов вызывали соотношение диаметра башни к её высоте (классическим для такого рода сооружений считается соотношение 1:14–16, у Останкинской башни — 1:26), а также глубина фундамента. Обычные высотные дома в то время строились на фундаменте с глубиной закладки семь метров, а Никитин для 500-метровой башни предложил всего лишь трёхметровое заглубление. Позиция скептиков возобладала, и весной 1961 года строительство было приостановлено: уж слишком смелым казался такой лёгкий фундамент. В результате технических согласований основание фундамента было увеличено на 2,25 метра в глубину и 1,5 метра в ширину. Окончательно проект Останкинской телебашни был утверждён 22 марта 1963 года, после чего и возобновилось прерванное строительство. В 1970 году Н. В. Никитин и его коллеги Б. А. Злобин, М. А. Шкуд, Д. И. Бурдин и Л. Н. Щипакин были награждены Ленинской премией в области науки и техники. Что любопытно, авторы проекта получили свою награду спустя три года после того, как Останкинская телебашня была сдана в эксплуатацию. Такой временной разрыв не случаен: несмотря на огромное количество положительных технических экспертиз и испытаний, скептики ещё долго сомневались в прочности «царь-башни»: «Выдержит — не выдержит, упадёт — не упадёт?». Многие москвичи год-два обходили башню за километр, а после каждого сильного урагана, не раз проносившегося над Москвой, в Останкино раздавались звонки с одним и тем же вопросом: «Ну что, стоит?». — «Стоит, куда ж она денется?» — отвечали в телецентре. За всё время эксплуатации Останкинской башни максимальное отклонение от оси в верхней точке достигало всего пяти метров, при этом по расчётам специалистов при отклонении на 14 метров конструкция всё равно сохраняет двукратный запас прочности. Время показало, что конструкция Николая Никитина способна выдержать самые серьёзные испытания.
В те годы строительство крупных (и не очень) объектов обычно завершали к какому-нибудь празднику. Не стал исключением и Аппаратно-студийный комплекс (АСК), в состав которого входила и Останкинская телебашня. 4 ноября 1967 года, к 50-летию Октябрьской революции, с высоты 540 метров (в ходе строительства к проектным 505 метрам решили добавить ещё 35) впервые ушёл в эфир телевизионный сигнал. Строительство на башне продолжалось до 26 декабря 1968 года когда был подписан Акт Госкомиссии о сдаче в эксплуатацию второй очереди строительства. АСК начал вещание по четырём телевизионным и трём радиоканалам. Ввод в эксплуатацию Останкинского телецентра позволил сделать первую программу общесоюзной, обеспечил уверенный приём сигнала в самых отдалённых уголках страны, в Москве к трём существующим добавился ещё один канал.
Кроме главной задачи — обеспечивать страну надёжным телесигналом — на Останкинскую «иголочку» были возложены и другие «обязанности». На башне была запущена новая система связи Центра управления полётами авиации. Гидрометеоцентр СССР получил в своё распоряжение высотную метеорологическую станцию, оборудованную по последнему слову техники и позволяющую вести наблюдения на полукилометровой высоте. В начале 90-х Останкинскую телебашню стали активно использовать операторы мобильной и пейджинговой связи, сейчас на башне стоят передатчики порядка тридцати компаний.
С первых же дней Останкинская телебашня стала принимать экскурсантов, желающих полюбоваться видами Москвы с высоты птичьего полёта. Посмотреть действительно есть на что: со смотровой площадки, расположенной на высоте 337 метров, открывается потрясающая панорама города и ближайшего Подмосковья. За всё время существования телебашни её посетили более 10 миллионов экскурсантов, в том числе гости из более чем 100 стран мира. Особой популярностью у туристов пользовался знаменитый ресторан «Седьмое небо», три этажа которого расположены на высоте 328, 331 и 334 метра. Особый шик ресторану придавали столики для посетителей, расположенные на вращающемся участке пола, который за 40 минут совершал полный оборот вокруг оси башни. В советское время «Седьмое небо» был одним из самых прибыльных ресторанов Москвы.
27 августа 2000 года Останкинской телебашне пришлось пережить самое тяжёлое испытание в своей истории. Впервые возникла реальная угроза обрушения уникального сооружения. В 15 часов 8 минут на пульт пожарной части поступило сообщение о возгорании в антенной части башни. На высоте между отметками 454 и 478 метров загорелись кабели, связывающие передатчики с антеннами. Через 11 минут к телебашне прибыли первые пожарные экипажи и расчёты МЧС России.