История Новоуральска начинается в 1926 году со строительства дома отдыха для железнодорожников неподалёку от станции Верх-Нейвинск. В 1939 году здесь начали возводить санаторий «Уральский машиностроитель» для сотрудников Уралмашзавода. Место выбрали удачно: живописная природа, близость Верх-Нейвинского пруда, хорошая транспортная доступность.
Планы развития как курортной зоны были прерваны Великой Отечественной войной. Уже в феврале 1941 года началось строительство завода лёгких сплавов № 484. В 1944 году на его территорию перевезли оборудование завода № 261 из города Берёзовский. Предприятия были объединены и переименованы в Государственный союзный завод № 261 Наркомата авиационной промышленности, который проработал до конца 1945 года.
Новая веха в истории началась в 1946 году — на базе бывшего завода № 261 было организовано строительство Комбината № 813 (ныне — АО «УЭХК»), предназначенного для производства высокообогащённого урана. Уже в июне 1949 года была получена первая партия изотопа U-235 с обогащением 75%.
В разные годы населённый пункт имел неофициальные наименования: «База № 5», «Стройка № 865», «Почтовый ящик № 16». 17 марта 1954 года ему был присвоен статус города. Вскоре он получил условное наименование Свердловск-44, характерное для закрытых административно-территориальных образований. Историческое название Новоуральск было официально возвращено 4 января 1994 года.
Сегодня Новоуральск — крупный промышленный центр и один из флагманов атомной отрасли. Здесь функционирует АО «Уральский электрохимический комбинат» — одно из ведущих предприятий по производству изотопов урана.