Jaderná bomba byla poprvé vyvinuta ve Spojených státech v rámci vojenského projektu Manhattan, který probíhal v laboratořích v Los Alamos za vedení Roberta Jacoba Oppenheimera. Výsledkem projektu byl první pokusný jaderný výbuch, který proběhl 16. července 1945 v poušti White Sands poblíž města Alamogordo.

Další vyrobené bomby Little Boy a Fat Man byly o několik týdnů později svrženy z bombardérů B-29 na japonská města Hirošimu a Nagasaki. Letoun B-29 Enola Gay svrhl 6. srpna 1945 v 8:16 na Hirošimu uranovou jadernou pumu s ekvivalentem mezi 13 a 18 kilotunami TNT. Letoun B-29 Bock’s Car svrhl 9. srpna 1945 v 11:02 plutoniovou bombu na Nagasaki. Obě pumy zabily okamžitě zhruba 130 000 lidí. Dalších 100 000 umíralo na následky výbuchu v dalších měsících a letech, postiženy byly i další generace. Tyto dva výbuchy dosud představují jediné použití jaderných zbraní proti civilistům či v ozbrojeném konfliktu obecně.

Druhou atomovou mocností se v roce 1949 stal Sovětský svaz výbuchem zařízení RDS-1 označováno na západě jako Joe-1. V té době Američané sovětský jaderný vývoj tajně zkoumali projektem Mogul. Sovětská první atomová bomba byla de-facto pouze okopírovaná americká implozivní plutoniová bomba, jejíž plány SSSR získal díky špionážní práci jaderného fyzika Klause Fuchse podílejícího se na projektu Manhattan. Další vývoj jaderných zbraní vedl akademik Igor Kurčatov aAndrej Dmitrijevič Sacharov. Zejména pozdní 50. a raná 60. léta byla obdobím testování jaderných zbraní obou supervelmocí, v rámci jejich závodů ve zbrojení. Sovětský svaz v roce 1961 otestoval největší jadernou bombu v historii (car-bomba, rusky: Царь-бомба). Podle původních plánů měla být třífázová (z toho dvě fáze byly vodíkové), s celkovou silou přes 100 Mt. Od původních plánů se však ustoupilo a třetí fáze (kde měl být Uran) byla při experimentálním výbuchu nahrazena olovem. Výbuch car-bomby zjitřil na mezinárodní scéně napětí, Nikita Sergejevič Chruščov byl obviněn z ohrožování životního prostředí a lidstva jako takového. Monstrózně velké jaderné bomby a pumy postupně nahradily mezikontinentální balistické střely s jadernými hlavicemi. V 70. letech došlo k řadě diplomatických dohod o omezení atomových zbraní (SALT), následující desetiletí se nese ve znamení jaderného odzbrojování, zejména v éře Michaila Gorbačova a Ronalda Reagana. Obratem byla jejich schůzka v roce 1986 v Reykjavíku. 24. října 1990 Sovětský svaz provedl poslední jaderný pokus, po kterém upustil od testování jaderných zbraní. Spojené státy (24. září 1996) a další země se přidaly později. V 90. letech byly podepsány smlouvy START I a II, v roce 2010 pak v Praze START III.

V průběhu 20. století se jadernou zbraň podařilo získat Velké Británii, Francii, Číně, Indii a Pákistánu. Severní Korea se k vlastnictví jaderných zbraní přiznala 10. února 2005. Izrael pravděpodobně jaderné zbraně vlastní, avšak oficiálně to nepřiznal. O výrobu jaderné zbraně se v minulosti pokoušely i další státy. Na počátku 21. století je z výroby jaderných zbraní obviňován Írán. Některé země svůj jaderný program zastavily či zrušily na základě smluv o nešíření jaderných zbraní, JAR se rozhodla své jaderné zbraně zničit. Některé státy východní Evropy získaly po rozpadu Sovětského svazu jeho jaderné zbraně, následně je však předaly zpět Rusku. Jaderné zbraně představovaly hlavní odstrašující prostředek studené války, stejně jako dualistického pojetí světa dvou soupeřících supervelmocí a jejich „vzájemně zaručeného zničení“.