20世纪50年代末，朝鲜就已开始了核技术的研究工作。前苏联在1965年帮助朝鲜建立了“宁边原子能研究所”，培训了部分核技术人才。当时，朝鲜从前苏联引进了第一座800千瓦的核反应堆，核技术研究初具规模。宁边成为朝鲜的核工业重地，这里能提炼浓缩的铀元素，可用于生产核武器，因而也成为美国和国际原子能机构（IAEA）格外关注的地方。
到20世纪末，朝鲜相继建成了6个核研究中心、2座研究性质的核反应堆和1座核电试验堆，已在全国范围内探明可开采的铀储量多达400万吨，有6座铀矿可以开采。
朝鲜已建成3座二氧化铀转化厂、1座天然铀燃料组件制造厂和1个核废料贮存场，基本建成了从铀矿开采到核废料处理的核燃料循环体系，具备了研究、制造核武器的能力。
1989年，朝鲜承认在宁边建成的一个电功率为5兆瓦的石墨冷却研究用反应堆因为铀燃料棒外表锆层破损，不得不对核废料进行后处理，并因此获得130克钚。 宁边核设施位于朝鲜首都平壤以北约130公里处，是朝鲜主要的核研究中心。这里拥有朝鲜唯一的正在运转的5兆瓦核反应堆。
宁边核反应堆属于石墨反应堆，1980年动工，1987年建成。这种核反应堆的废燃料棒可被用来提取制造核武器的原料—钚。 根据1994年10月朝美两国在日内瓦签署的关于朝核问题《框架协议》，朝鲜冻结其现有的核计划，美国则负责在大约10年时间内为朝鲜建造一座2000兆瓦或两座1000兆瓦的轻水反应堆；在轻水反应堆建成前，美国将同其他国家一起向朝鲜提供重油，以弥补朝鲜停止核能计划造成的电力损失。
为了履行美朝核框架协议，并为此筹集资金和提供技术，在美国的推动下，朝鲜半岛能源开发组织于1995年3月9日在纽约成立，成员包括韩国、日本、加拿大、澳大利亚、新西兰、芬兰、阿根廷、智利和部分欧盟成员国。同年6月13日，朝鲜和美国在吉隆坡达成落实日内瓦核问题框架协议的具体方案。双方重申履行日内瓦协议的政治承诺。轻水反应堆的模式将由能源开发机构选定，它将是由美国设计、采用美国技术、当前正在生产的先进型。朝美双方将尽早缔结有关轻水反应堆的协议。同时，朝鲜将尽早与能源开发组织举行谈判，解决悬而未决的问题。
1995年12月15日，以美国为首的朝鲜半岛能源开发组织与朝鲜在纽约签署了向朝鲜提供两座轻水反应堆的协议。根据协议，这两座分别为1000兆瓦的轻水反应堆将于2003年建成完工，朝鲜半岛能源开发组织将负责提供建造两座轻水反应堆的技术和资金。而朝鲜将在轻水反应堆建成之后的20年内，每半年支付一次不带利息的建造费。
1997年7月，朝鲜与半岛能源开发组织决定同年8月开始动工修建轻水反应堆。但在《框架协议》执行过程中，由于美国不断怀疑朝鲜仍在继续从事核武器的开发，加上资金筹措困难等因素，使原计划2003年完工的电站工程至今仅仅完成约24%。
2002年12月，美国以朝鲜违反核框架协议为由停止每年向朝鲜提供50万吨重油，朝鲜则宣布解除核冻结，重新启动电力生产所需的核设施。
2003年1月，朝鲜退出《不扩散核武器条约》。11月6日，朝鲜宣布，由于美国通过朝鲜半岛能源开发组织停止履行朝美核框架协议中关于在朝鲜建设轻水反应堆的义务，美国必须向朝鲜支付违约金。在此之前，朝鲜将扣押为轻水反应堆建设而运入施工地区的所有装备、材料及技术资料。11月21日，朝鲜半岛能源开发组织在纽约宣布，该组织在朝鲜建设两座轻水反应堆的工作暂停1年，至2004年12月1日。2004年11月，朝鲜半岛能源开发组织宣布把在朝鲜修建轻水反应堆的计划再冻结1年，在2005年12月1日冻结期满之前再对计划的前景加以评估，并作出决定。
