Der Standort wurde 1947 von Lavrentiy Beria, dem politischen Leiter des sowjetischen Atombombenprojekts, ausgewählt (Beria behauptete fälschlicherweise, die riesige 18.000 km2 große Steppe sei „unbewohnt“). Gulag-Arbeiter wurden eingesetzt, um die primitiven Testeinrichtungen zu bauen, einschließlich des Laborkomplexes in der nordöstlichen Ecke am südlichen Ufer des Irtysch. Der erste sowjetische Bombentest, Operation First Lightning (von den Amerikanern Joe One genannt), wurde 1949 von einem Turm auf dem Testgelände Semipalatinsk aus durchgeführt und streute Fallout auf nahe gelegene Dörfer (die Beria nicht evakuiert hatte). Das gleiche Gebiet („the experimental field“, eine Region 64 km (40 Meilen) westlich von Kurchatov Stadt) wurde für mehr als 100 nachfolgende oberirdische Waffentests verwendet.
Spätere Tests wurden in den Chagan River Complex und in das nahe gelegene Balapan im Osten des STS verlegt (einschließlich des Ortes des Chagan-Tests, der den Chagan Lake bildete). Nachdem atmosphärische Tests verboten waren, wurden die Tests an unterirdische Standorte in Chagan, Murzhik (im Westen) und am Degelen-Gebirgskomplex im Süden verlegt, der sowohl für unterkritische als auch für überkritische Tests mit Bohrlöchern und Drifts übersät ist. Nach der Schließung des Arbeitslagers Semipalatinsk übernahm das 217. Separate Ingenieur- und Bergbaubataillon (das später das Kosmodrom Baikonur baute) die Bauaufgaben. Zwischen 1949 und der Einstellung der Atomtests im Jahr 1989 wurden am STS 456 Explosionen durchgeführt, darunter 340 unterirdische (Bohrloch- und Tunnel-) Schüsse und 116 atmosphärische (entweder Lufttropfen- oder Turmschüsse). Der Laborkomplex, immer noch das administrative und wissenschaftliche Zentrum der STS, wurde nach Igor Kurchatov, dem Leiter des ursprünglichen sowjetischen Atomprogramms, in Kurchatov City umbenannt. Die Lage der Stadt Kurchatov wurde typischerweise auf verschiedenen angezeigtkarten als „Konechnaya“ (der Name des Bahnhofs; jetzt Degelen) oder „Moldary“ (der Name des Dorfes, das später in die Stadt eingegliedert wurde).
Der Semipalatinsk-Komplex war während seines Betriebs für ausländische Regierungen von akutem Interesse, insbesondere in der Phase, in der auf dem Versuchsfeld oberirdische Explosionen durchgeführt wurden. Mehrere U-2-Überflüge untersuchten Vorbereitungen und Waffeneffekte, bevor sie durch Satellitenaufklärung ersetzt wurden. Der US-Verteidigungsnachrichtendienst soll davon überzeugt gewesen sein, dass die Sowjets auf einer kleinen Forschungsstation auf dem Testgelände eine riesige Strahlwaffenstation gebaut hatten. Diese kleinere Forschungsstation, die dem Verteidigungsministerium als PNUTS (Possible Nuclear Underground Test Site) und der CIA als URDF-3 (Unidentified Research and Development Facility-3) bekannt war, war für amerikanische Beobachter von großem Interesse. Nach dem Fall der Sowjetunion im Jahr 1991 wurde entdeckt, dass der mysteriöse URDF-3 mit der Erforschung einer nuklearen thermischen Rakete ähnlich der US-amerikanischen NERVA beauftragt wurde.
Die Website wurde am 29.August 1991 vom Präsidenten der Kasachischen Sozialistischen Sowjetrepublik Nursultan Nasarbajew offiziell geschlossen.
Nachlassbearbeiten
Die Sowjetunion führte ihre letzten Tests 1989 durch. Nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion 1991 wurde der Standort vernachlässigt. Spaltbares Material wurde in Bergtunneln und Bohrlöchern zurückgelassen, praktisch unbewacht und anfällig für Aasfresser, Schurkenstaaten oder potenzielle Terroristen. Die geheime Bereinigung von Semipalatinsk wurde in den 2010er Jahren veröffentlicht.
Nach einigen Tests verblieb radioaktives Material auf dem jetzt verlassenen Gebiet, einschließlich erheblicher Mengen Plutonium. Das Risiko, dass Material in die Hände von Aasfressern oder Terroristen fallen könnte, galt als eine der größten nuklearen Sicherheitsbedrohungen seit dem Zusammenbruch der Sowjetunion. Die Operation, um das Problem anzugehen, beinhaltete zum Teil das Gießen von Spezialbeton in Testlöcher, um das überschüssige Plutonium zu binden. In anderen Fällen wurden horizontale Minentestlöcher versiegelt und die Eingänge abgedeckt. Schließlich feierten kasachische, russische und amerikanische Nuklearwissenschaftler und -ingenieure im Oktober 2012 den Abschluss einer geheimen 17-jährigen 150-Millionen-Dollar-Operation zur Sicherung des Plutoniums in den Tunneln der Berge.
Große Teile der STS haben sich seit 2014 geöffnet, und die Wirtschaftstätigkeit hat wieder aufgenommen: hauptsächlich Bergbau, aber auch Landwirtschaft und Tourismus. Wie in anderen Gebieten, die von Radioaktivität betroffen sind, hat der Mangel an menschlichen Eingriffen die STS zu einem Paradies für Wildtiere gemacht.