Поисковые работы по созданию атомной подводной лодки начались ещё в 1949 году, когда были достигнуты результаты в создании атомных реакторов. Девятого сентября 1952 г. И.В. Сталин подписал постановление Совета Министров СССР «О проектировании и строительстве объекта 627». Начались непосредственные работы по созданию АПЛ.
Первая советская чисто «земная» атомная энергоустановка мощностью 5 мВт была введена в строй в Обнинске в 1954 году. Затем последовал первый корабельный реактор, предназначенный для установки на мирном атомном ледоколе «Ленин», который явился фактически опытным судном, служившим для отработки корабельной силовой установки. Пуск лодочного реактора, смонтированного в Обнинске, состоялся восьмого марта 1956 года.
Работы групп проектантов, созданных для реализации АПЛ, велись в обстановке повышенной секретности, с привлечением крайне узкого круга лиц.
Опытная атомная подводная лодка 627-го проекта предназначалась в первую очередь для всесторонних испытаний в морских условиях первого образца ядерной энергетической установки с водо-водяным реактором. Но она рассматривалась и как головной образец новой стратегической системы вооружения для борьбы с основным «потенциальным противником» – тогда это были США.
Полномасштабная разработка опытной АПЛ 627-го проекта, получившей шифр «Кит», была весной 1953 г. передана ленинградскому СКБ – 143, главным конструктором которого был назначен В.Н. Перегудов. В мае 1954 г. завершились работы над техническим проектом АПЛ, а в июле к участию в программе, наконец, были привлечены военные морские специалисты.
О масштабах работ по созданию первой отечественной АПЛ говорит тот факт, что к участию в программе было привлечено 135 организаций и предприятий, расположенных практически по всей территории СССР, в том числе 20 КБ и 80 заводов-поставщиков различного оборудования. В обстановке величайшей секретности в июне 1954 г. лодка была заложена на заводе № 402 в г. Молотовске, ныне СМП г. Северодвинск. Девятого августа 1957 г. АПЛ была спущена на воду, а 14 сентября 1957 г. была произведена загрузка ядерных реакторов.
Третьего июля 1958 г. лодка, получившая тактический номер «К – 3», вышла на ходовые испытания в Белое море, а четвёртого июля в 10 часов 03 минуты впервые в истории отечественного флота для движения корабля была использована атомная энергия. Первого декабря 1958 года испытания были завершены.
В январе 1959 года «К-3» была передана ВМФ для опытной эксплуатации, которая завершилась в 1962 году, после чего АПЛ стала полноценным боевым кораблём Северного флота, в рядах которого она прослужила 32 года, имея большие заслуги и страшные аварии. В июле 1962 г., после похода к Северному полюсу подводная лодка получила персональное имя «Ленинский комсомол».