В мае 1997 года Каспийский трубопроводный консорциум подписал контракт с проектным институтом «Гипро-востокнефть» и американской компанией Fluor Daniel на подготовку технико-экономического обоснования. Через год документация была готова. Согласно проекту мощность первой очереди составила 28,2 млн. тонн в год, максимальная пропускная способность – 67 млн. тонн в год. Суммарные капитальные затраты на период реализации проекта были запланированы в размере 4,3 млрд. долларов, стоимость первой очереди – 2,24 млрд.
Подача нефти в трубопровод этого консорциума началась 26 марта 2001 года. В октябре того же года на терминале в Южной Озерейке была осуществлена пробная загрузка первого танкера. На начальном этапе трубопровод использовался только для поставок нефти с Тенгизского месторождения. Вместе с тем проект предусматривал возможность использования магистрали для транспортировки сырья из других месторождений Казахстана, а также из России.
В августе 2003 года был сдан в эксплуатацию трубопровод Карачаганак – Большой Чаган – Атырау протяженностью 635 км. С середины 2004 года по нему начались регулярные поставки нефти с месторождения Карачаганак. В апреле 2003 года начал работу трубопровод Кенкияк – Атырау протяженностью 450 км. Новый трубопровод подключил к системе Каспийского трубопроводного консорциума нефтяные промыслы Актюбинской области Казахстана.
Согласно первоначальному проекту российская нефть должна была поступать в трубопровод консорциума в районе города Кропоткин. Для этого предполагалось построить перемычку Тихорецк – Кропоткин протяженностью 36 км, которая соединила бы консорциум с системой «Транснефти». Однако это намерение не было реализовано из-за возникшего конфликта между «Транснефтью» и КТК. «Транснефть» отказалась строить перемычку, настаивая на том, что консорциум не выполнил ряд поставленных условий. Участники КТК, в свою очередь, заявили, что «Транснефть» предъявила им заведомо невыполнимые требования.
В 2004 году был осуществлен альтернативный проект для подачи российской нефти в систему консорциума. В октябре 2004 года завершилось строительство пункта перевалки нефти «Кавказская», который включает в себя железнодорожный терминал и соединительный трубопровод до нефтеперекачивающей станции «Кропоткинская». В четвертом квартале 2004 года российские компании отправили по системе КТК 294,9 тыс. тонн нефти, в том числе «ЛУКОЙЛ» – 145 тыс. тонн, «Роснефть» – 100 тыс. тонн, «ЮКОС» – 49,9 тыс. тонн.
С середины 2004 года загрузка трубопровода Каспийского трубопроводного консорциума подошла к пределу его технических возможностей.
После того как в систему стала поступать нефть российских грузоотправителей, транспортировка нефти возросла до 30 млн. тонн в год при проектной мощности 28,2 млн. Прокачка дополнительных объемов достигается за счет добавления в нефть антифрикционных присадок.
При достижении предельной загрузки объектов первой очереди стал актуальным вопрос о втором этапе проекта. 1 марта 2005 года акционеры Каспийского трубопроводного консорциума договорились о подготовке меморандума о взаимопонимании о принципах расширения[23]
пропускных возможностей нефтепровода. По словам министра энергетики и минеральных ресурсов Казахстана Владимира Школьника, была достигнута предварительная договоренность об увеличении мощности нефтепровода с 28 млн. тонн в год до 67 млн.[24] и точная договоренность об увеличении тарифа на прокачку нефти с 27 долларов за тонну до 29,5.Акционеры решили повысить тариф с 27,19 доллара за тонну до 29,5, или на 2,31 доллара. Размер прироста имеет инфляционный характер, то есть только компенсирует падение курса доллара в последнее время. Увеличение стоимости транспортировки нефти по системе Каспийского трубопроводного консорциума было одним из главных условий России на согласие расширить нефтепровод и увеличить объем прокачиваемой нефти с 28 до 67 млн. тонн в год. Оно необходимо из-за планов роста добычи инвесторов в Казахстане. Стоимость проекта расширения, по предварительным расчетам, составит более 2,6 млрд. долларов.