Η αρχή του βουλγαρικού κλάδου της πυρηνικής ενέργειας ξεκίνησε το 1966, όταν στις 15 Ιουλίου υπεγράφη συμφωνία μεταξύ της Βουλγαρίας και της τότε Σοβιετικής Ένωσης για την κατασκευή πυρηνικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Για την εγκατάσταση επιλέγεται χώρος στην όχθη του ποταμού Δούναβη σε απόσταση 5 χλμ ανατολικά της πόλης Κοζλοντούι, και τα κατασκευαστικά σχέδια έκαναν από κοινού Ρώσοι και Βούλγαροι μηχανικοί.

Τα έργα για την κατασκευή του πυρηνικού σταθμού "Κοζλοντούι" ξεκίνησαν στις 14 Οκτωβρίου 1969. Την άνοιξη του επόμενου έτους με τη συμμετοχή περισσότερων από εκατό χιλιάδες μηχανικούς, κατασκευαστές και οικοδόμους από τη Βουλγαρία και την Σοβιετική ένωση άρχισε η οικοδόμηση του κεντρικού τμήματος του πυρηνικού σταθμού "Κοζλοντούι". Εκεί βρίσκεται η αίθουσα του αντιδραστήρα, το μηχανοστάσιο, το σύστημα εξαερισμού και οι ηλεκτρικές συσκευές των αντιδραστήρων.

Τον Ιούνιο του 1972 από την Σοβιετική Ένωση έφτασε ο πρώτος αντιδραστήρας και τον Νοέμβριο του ίδιου έτους είχε τοποθετηθεί στον άξονα του. Επίκειται να ξεκινήσει η λειτουργία του μετά την σύναψη της σχετικής σύμβασης. Ακριβώς αυτή αποτέλεσε αντικείμενο μιας σύγκρουσης ανάμεσα στους Βούλγαρους ειδικούς από τον πυρηνικό σταθμό, βουλγαρικές και σοβιετικές επιχειρήσεις εξωτερικού εμπορίου, υπουργούς και υφυπουργούς. Τελικά, ο πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας τέθηκε σε λειτουργία δύο χρόνια αργότερα. Τα εγκαίνια του πυρηνικού σταθμού "Κοζλοντούι" έγιναν στις 4 Σεπτεμβρίου του 1974.

Ο υπεύθυνος της κατασκευής του πρώτου πυρηνικού σταθμού, ο μηχανικός Πέταρ Ποπόφ μιλά για την πιο συναρπαστική στιγμή στις εργασίες εκεί: "Στις 6 Απριλίου 1970 έφερα το πρώτο σχέδιο κατασκευής του κυρίου τμήματος του σταθμού, το οποίο σχετίζεται με τις εργασιακές δραστηριότητες του κεντρικού τμήματος. Στην πραγματικότητα, κατά την ημερομηνία αυτή, ξεκινήσαμε την κατασκευή του. Οι εργασίες συνεχίστηκαν μέχρι το 1974, όταν στις 4 Σεπτεμβρίου, ήμασταν έτοιμοι για την έναρξη της λειτουργίας του πυρηνικού σταθμού".

Η πρώτη φάση της κατασκευής του πυρηνικού σταθμού "Κοζλοντούι" τελειώνει ένα χρόνο αργότερα με την έναρξη της λειτουργίας της δεύτερης μονάδας - το 1975. Για τα επόμενα εννέα χρόνια 1973 - 1982 κατασκευάζονται ακόμη δύο αντιδραστήρες – 3ος και 4ος. Ο πυρηνικός σταθμός ολοκληρώθηκε το 1991, όταν τέθηκε σε λειτουργία ο έκτος αντιδραστήρας.

Κατά τα επόμενα 12 χρόνια ο πυρηνικός σταθμός λειτουργεί σε πλήρη δυναμικότητα του και είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα, εξασφαλίζοντας φθηνή ενέργεια και θέσεις εργασίας για τους Βούλγαρους και ειδικά για εκείνους της Βορειοδυτικής Βουλγαρίας. Στις αρχές της δεκαετίας του '90 πραγματοποιήθηκαν τρία μεγάλα προγράμματα εκσυγχρονισμού των μονάδων 1,2,3 και 4 του σταθμού. Όσον αφορά τις δεσμεύσεις που ανέλαβε η Βουλγαρία κατά τη διάρκεια των διαπραγματεύσεων ένταξης στην ΕΕ, το πρώτο εργοστάσιο πυρηνικής ενέργειας στη Βουλγαρία και τη Νοτιοανατολική Ευρώπη σταμάτησε την λειτουργία των πρώτων τεσσάρων μονάδων το 2007, πριν από το τέλος της προβλεπόμενης προθεσμίας εκμετάλλευσής τους.

Σχεδόν το 1/3 της ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας παράγεται σήμερα από δύο Σοβιετικούς αντιδραστήρες - τον πέμπτο και έκτο του πυρηνικού σταθμού "Κοζλοντούι". Η πέμπτη μονάδα του έχει άδεια λειτουργίας μέχρι τον Οκτώβριο του 2017 και η έκτη - μέχρι το 2021.

Ακόμη κατά την κατασκευή του πυρηνικού σταθμού προβλεπόταν η δημιουργία άλλων τριών βάσεων για νέους αντιδραστήρες. Το 2012 ιδρύθηκε εταιρεία με σκοπό έρευνα και αξιολόγηση των κινδύνων από την επέκταση του πυρηνικού σταθμού "Κοζλοντούι". Το 2014 η αμερικανική εταιρεία Westinghouse υπέγραψε συμφωνία με τον πυρηνικό σταθμό για την κατασκευή ενός νέου αντιδραστήρα, αφού η εταιρεία διασφαλίζει την εφαρμογή των υψηλότερων προδιγραφών ασφαλείας, που πληρούν όλα τα ευρωπαϊκά στάνταρ και το χαμηλότερο κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας σε σύγκριση με άλλες εναλλακτικές λύσεις.

Η ιδέα είναι η έβδομη μονάδα του πυρηνικού σταθμού "Κοζλοντούι" να κατασκευαστεί με την πιο σύγχρονη τεχνολογία, που χρησιμοποιείται στις ΗΠΑ και την Κίνα. Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες ερωτήσεις σχετικά με αυτό το σχέδιο και οι συζητήσεις μεταξύ των πολιτικών και των εμπειρογνωμόνων στη Βουλγαρία συνεχίζονται.