Проект атомохода был разработан в ЦКБ-15 в 1953—1955 годах после принятия решения о строительстве атомного ледокола 20 ноября 1953 года Советом министров СССР с целью сопровождения караванов по Северному морскому пути в течение 6-8 месяцев, а при необходимости 12-14 месяцев.
Главным конструктором был В. И. Неганов. Атомная установка проектировалась под руководством Игоря Ивановича Африкантова. Научным руководителем работ был назначен академик А. П. Александров. Корпусная сталь марок АК-27 и АК-28 была специально разработана в институте «Прометей» для ледоколов.
Из-за новизны оборудования во время проектирования возникли сложности с компоновкой машинного отделения. Было принято решение о создании макета машинного отделения из дерева. На этом макете отрабатывались компоновочные решения конструкторов, благо переделать тот или иной фрагмент помещений было достаточно просто и, без сомнения, куда дешевле, чем если бы это пришлось делать на строящемся судне.
Судно было заложено 17 июля или 25 августа 1956 года на судостроительном заводе им. А. Марти в Ленинграде. Главный строитель — В. И. Червяков.
Судовые турбины — производство Кировского завода.
Главные турбогенераторы — Харьковский электромеханический завод.
Гребные электродвигатели — ленинградский завод «Электросила».
Более 500 предприятий Советского Союза создавали специально для атомохода 76 новых типов механизмов и 150 новых образцов оборудования.
Спущен на воду 5 декабря 1957 года. Ядерная энергетическая установка смонтирована в 1958—1959 годах. 6 августа 1959 года осуществлён физический пуск ядерного реактора. 12 сентября 1959 года уже с верфи Адмиралтейского завода отправился на ходовые испытания под командованием П. А. Пономарёва.
Во время строительства и испытаний на борту атомохода побывали множество делегаций и представителей разных государств и стран мира, в том числе премьер-министр Великобритании Гарольд Макмиллан, вице-президент США Ричард Никсон, министры КНР.
За время работы провёл 3740 судов. Награждён орденом Ленина.
3 декабря 1959 года сдан Министерству морского флота. С 1960 года в составе Мурманского морского пароходства.
Атомный ледокол «Ленин» — гладкопалубное судно с удлинённой средней надстройкой и двумя мачтами, в кормовой части размещена взлётно-посадочная площадка для вертолётов ледовой разведки. Ядерная паропроизводительная установка водо-водяного типа, расположенная в центральной части судна, вырабатывает пар для турбин 4 главных турбогенераторов, питающих постоянным током 3 гребных электродвигателя, последние приводят в действие 3 гребных винта особо прочной конструкции. Имеются 2 автономные вспомогательные электростанции. Управление механизмами, устройствами и системами — дистанционное. Экипажу созданы хорошие бытовые условия для длительного арктического плавания.
Первоначально на ледоколе устанавливались три реактора типа ОК-150. В 1967 году их заменили на реакторы ОК-900.
Благодаря большой мощности энергетической установки и высокой автономности, ледокол уже в первые навигации показал прекрасную работоспособность. Применение атомного ледокола позволило существенно продлить срок навигации.
С 4 ноября 1961 года капитаном ледокола стал Б. М. Соколов.
В 1966 году по результатам эксплуатации было принято решение заменить старую трёхреакторную атомную паропроизводящую установку с реакторами ОК-150 на более совершенную двухреакторную с реакторами ОК-900. Основная причина — низкая ремонтопригодность. Старую реакторную установку утилизировали затоплением в заливе Цивольки на Новой Земле после выгрузки топлива. Монтаж новой установки закончили к 1970 году.
Обладал хорошей ледопроходимостью. Только за первые 6 лет эксплуатации ледокол прошёл свыше 82 тысяч морских миль и самостоятельно провёл более 400 судов. За всё время эксплуатации прошёл 654 тыс. миль, из них во льдах 563,6 тыс. миль.
В июне 1971 года ледокол «Ленин» вторым из надводных судов прошёл севернее архипелага Северная Земля. Рейс начался в Мурманске и закончился в Певеке. Таким образом была подготовлена экспедиция ледокола «Арктика» на Северный полюс в 1977 году.
Ледокол «Ленин» проработал 30 лет, и в 1989 году был выведен из эксплуатации и поставлен на вечную стоянку в Мурманске. Сейчас на ледоколе действует музей, ведутся работы по расширению экспозиции.
В январе 2016 года министр культуры России В. Р. Мединский подписал приказ о включении ледокола «Ленин» в единый государственный реестр памятников культурного наследия федерального значения. После проверки соответствия всем требованиям, которое заняло два года, в октябре 2018 года ледоколу «Ленин» вручили паспорт о присвоении статуса объекта культурного наследия федерального значения России.
В литературе описывается несколько инцидентов, произошедших в конце эксплуатации реакторной установки ОК-150, однако достоверно неизвестно, каким уровням по Международной шкале ядерных событий они соответствуют, и может ли хоть один из них квалифицироваться как авария.
1. В феврале 1965 года в ходе планового ремонта главных циркуляционных насосов первого контура реактора № 2 из-за ошибки операторов кратковременно остановилась циркуляция воды через активную зону, что привело к перегреву последней, который в разных источниках описывается как оплавление с разрушением технологических каналов, частичное повреждение ~60 % тепловыделяющих сборок или серьёзные механические повреждения некоторых тепловыделяющих сборок вплоть до отрыва части конструкций, обнаруженные при выгрузке ОЯТ. 95 отработанных ТВС были перегружены в пеналы хранилища плавтехбазы «Лепсе». Оставшиеся 124 ОТВС были выгружены вместе с экранной сборкой и компенсирующей решёткой, помещены в специальный цилиндрический контейнер, который заполнили твердеющим радиационно стойким консервантом и герметизировали приваренной крышкой из нержавеющей стали. Для него построили цилиндрический понтон, в который был вварен специальный кессон также из нержавеющей стали. После двухлетней выдержки на берегу контейнер вставили в кессон, забетонировав после этого оставшееся в кессоне свободное место. В итоге понтон с контейнером с ОЯТ затопили в заливе Цивольки на восточном побережье архипелага Новая Земля.
2. Примерно в районе сентября 1965 года или несколько позднее прямо во время навигационного сезона была обнаружена течь первого контура реактора № 3. Один из двух парогенераторов работоспособного реактора всего через три тысячи часов работы подвела вставная нержавеющая рубашка, которая должна была защищать внутреннюю поверхность корпуса от коррозии в течение нескольких десятилетий, и этот парогенератор имел течь первого контура во второй. В результате второй парогенератор до конца навигации мог выдавать лишь половину штатной мощности реактора.
3. В начале 1966 года из-за нарушения технологии сварочных работ в аппаратной на ледоколе возник крупный пожар, разрушивший кабельные трассы. С большим трудом последствия пожара были ликвидированы, а парогенератор на третьем реакторе заменён.
4. Летом 1966 года, по разным источникам в конце навигации или перед её началом при вводе установки в работу, была обнаружена новая течь вставной плакированной антикоррозийной рубашки из нержавеющей стали, теперь на реакторе № 1, причём не на парогенераторе, а уже на силовом корпусе самого реактора. Устранить её без замены корпуса вместе со всем реактором оказалось невозможно.
5. По сведениям организации «Беллона», уже в 1967 году на одном из реакторов была зафиксирована течь трубопроводов третьего контура, охлаждавшего оборудование первого контура. Во время вскрытия неразборной бетонной биологической защиты для выяснения места протечки якобы были нанесены серьёзные механические повреждения оборудованию реакторной установки.
По разным версиям, решение о замене ОК-150 на ОК-900 вместо ремонта и модернизации имеющихся реакторов было принято после второго, четвёртого или пятого инцидентов. Документально оформлено оно было постановлением Совмина СССР № 148-62 18 февраля 1967 года.
