Сотрудничество России и Казахстана в атомной области началось в советский период. В годы становления атомной отрасли территория Казахстана в СССР рассматривалась как резерв развития добычи урана в будущем. Уран добывали Прикаспийский горноплавильный комбинат, г. Актау и Целинный горно-химический комбинат (ЦГХК), г. Степногорск. Работали горнодобывающие предприятия в Джамбульской области в с. Коктас - занималось разработкой ураносодержащих медных руд и в пос. Гранитогорск, специализировалось на разработке и переработке урано-свинцовых руд.
Производство топливных таблеток для значительной части АЭС Советского Союза и зарубежных стран с реакторами ВВЭР и РБМК обеспечивал Ульбинский металлургический комбинат, который работал в тесной кооперации с предприятиями, производившими ядерное топливо на территории России.
С 1972 по 1999 годы работал Атомный энергетический комплекс, расположенный в 12 км от города Актау с реактором БН-350 на быстрых нейтронах. Опреснительная установка производила до 120 тыс. м³/д питьевой воды. В настоящее время он остановлен и находится в процессе вывода из эксплуатации.
До настоящего времени на Семипалатинском полигоне в г. Курчатове работают Реакторные комплексы "Байкал" и "ИГР", на которых расположены три многоцелевые исследовательские ядерные реактора ИВГ1.М, РА и ИГР, кроме того исследовательский ядерный реактор ВВР-К работает в поселке Алатау (под Алматы).
Исследовательские реакторы, действующие в Казахстане, созданы по проекту и при участии Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники им. Н.А. Доллежаля (входит в состав Госкорпорации «Росатом»).
Топливная компания Росатома «ТВЭЛ» обеспечивает поставки ядерного топлива для реактора «ВВР-К». В 2011 году, в рамках реализации международной, под эгидой МАГАТЭ, программы конверсии активных зон исследовательских реакторов на топливо низкого обогащения (19,7% по урану-235) российские предприятия ПАО «НЗХК» (входит в состав АО «ТВЭЛ») и АО «НИКИЭТ» обеспечили перевод реактора «ВВР-К» на топливо низкого (19,7%) обогащения, что позволяет обеспечивать надежную защиту ядерных объектов и предотвратить незаконное распространение ядерных материалов и их производных.