Рождение города в глубине горной уральской тайги, подальше от посторонних глаз, связано с решением правительства построить здесь один из секретных объектов новой в ту пору атомной отрасли.

24 января 1952 года Совет Министров СССР выпускает постановление № 342-135 сс/оп «О строительстве завода № 933» — второго дублера завода № 551 по серийному выпуску ядерных боеприпасов.

В соответствии с Постановлением СМ СССР Министр внутренних дел СССР Круглов приказом № 00223 от 02.02.1952 года предписал: строительство завода возложить на стройуправление №247 Главпромстроя МВД СССР; начальнику стройуправления № 247 полковнику Честных П.П. командировать на место строительства оперативную группу для выбора карьеров местных строительных материалов и площади для строительства лагеря спецконтингента.

Место для строительства завода и рабочего поселка при нем было выбрано в 4 км южнее г. Юрюзань Челябинской области, из государственного фонда под строительство было передано по акту территория площадью 15 012 гектаров.

Первый десант воинов-строителей в количестве 750 человек под командованием подполковника Черноморченко прибыл из Челябинска-40 9 апреля 1952 года на железнодорожную станцую Красная Горка в поселке Василовка.

Под размещение солдат было освобождено помещение двух конных парков, которые после ремонта, чистки и покраски превратились в первые казармы солдат. Офицеров разместили на частные квартиры.

7 мая 1952 года на объект прибыл инженер-полковник Володин Константин Арсеньевич, директор будущего завода.

Первым и.о. начальника строительной организации п/я 202 по приказу с 4 мая 1952 года был капитан Поздняков В. А., но уже в июне 1952 года его сменил подполковник Мусинов В. А.

Первоначальной задачей строителей было построить первую очередь завода, в том числе и поселок «Дальний», с тем, чтобы в 1954-1955 годах завод начал выпускать спецпродукцию. В связи с этим режимные требования были очень серьезные. Люди, прибывающие на объект, проходили проверку анкетных данных. Что будет выпускать завод, знал только узкий круг руководителей.

Строительство объекта началось со строительства лежневых дорог от Василовки до стройплощадок — на бетонный завод, в жилую зону, в поселок Дальний. До конца 1952 года была застроена бараками ул. Строителей, здесь же в бараках разместились магазин, баня, парикмахерская, детский сад, политотдел. Были построены клуб им. «35-летия Октября» и стадион «Строитель». Работы выполнялись как воинами-строителями, так и заключенными. В 1953 году началась закладка фундаментов зданий в промышленной зоне, а в жилой стали возводится деревянные, брусчатые 2-х этажные дома. В 1954 году появились первые каменные дома

Темпы строительства, объемы выполненных строительно-монтажных работ и численность строителей к 1955 году возросли до максимального уровня и к августу 1955 года строители выполнили поставленную задачу — завод начал выпускать первые атомные бомбы с неофициальным названием «Татьяна».

Всего же за историю своей работы завод освоил выпуск десятков новых изделий, сотни их составных частей и видов эксплуатационного оборудования. Вся продукция успешно прошла специальные испытания, в том числе контрольно-летные на полигонах министерства обороны.

Коллективу Приборостроительного завода в 1970 году был вручен орден Ленина, в 1967 и 1973 годах ему вручены и оставлены на вечное хранение Красные знамена, в 1977 году коллективу присвоено звание «Предприятие высокой культуры». Все это наглядно свидетельствует о высокой организации производства, добросовестном и высококвалифицированном труде заводского коллектива.

В середине 80-х годов завод приступил к конверсии — переходу на выпуск мирной продукции. Наметились приоритетные направления: производства товаров народного потребления; приборов по контролю радиационной и ядерной безопасности для атомных электростанций, оборудования для агропромышленного комплекса и медицинской техники; внедрение новых технологических процессов по нанесению покрытий на изделия и предметы; производство работ для нефтяной промышленности.

Сегодня Градообразующее предприятие — Приборостроительный завод — является одним из ведущих предприятий Федерального агентства России по атомной энергии. Полный комплекс технологических мощностей, обеспечивающих выполнение заказов оборонного и гражданского назначения, позволяет сохранять этот статус на протяжении многих лет.

В 1953 году в Трехгорном открылись первая школа (ныне МОУ «СОШ № 106») и первое дошкольное учреждение; в 1954 году — вечерняя ШРМ (школа рабочей молодежи) № 107. В 1956 организован городской отдел народного образования (первый заведующий Антонина Степановна Золотарева), в 1962 году — отдел детских дошкольных учреждений (при Приборостроительном заводе). В настоящее время в городе функционирует 14 детских дошкольных учреждений, пять средних общеобразовательных школ, четыре учреждения дополнительного образования, одно специализированное (коррекционное) муниципальное образовательное учреждение — школа-интернат № 111, профессиональный лицей № 125, филиал Златоустовского политехнического техникума, Трехгорный политехнический институт — филиал МИФИ, представительство ЮУрГУ.

Первым медицинским учреждением Трехгорного был госпиталь, развернутый в 1952 году. Начальником его была М. А. Морозова. В 1953 году приказом по Министерству здравоохранения 3-го Главного управления организована МСЧ № 72 (начальник А. И. Морозов), расположившаяся в здании барачного типа. В поликлинике вели прием 7 врачей-специалистов; действовала служба скорой медицинской помощи. В 1954 начали работу фельдшерский пункт, центр Госсанэпиднадзора. В 1956 введены в строй городская поликлиника (на 250 посещений в смену) и 3-этажная больница (на 150 коек), в которой действовали терапевтическое, хирургическое, гинекологическое, родильное, детское отделения, аптека, служба скорой медицинской помощи. Позднее построены роддом (1966 г.), детские поликлиника и больница на 60 коек (1967 г.), санаторий-профилакторий на 100 мест (1970 г.), главный корпус санитарно-эпидемиологической станции (1973 год), аптека (1981 г.), 7-этажный хирургический корпус (1981 г.).

К концу 1950-х годов в Трехгорном действовали клуб строителей (размещался в деревянном бараке), кинотеатр, профсоюзная библиотека. В 1967 году образован отдел культуры Трехгорного, первым руководителем был В. П. Белов. В настоящее время в ведении Управления культуры находятся две массовые библиотеки (центральная городская и центральная городская детская), Дворец Культуры «Икар», кинотеатр «Утес», историко-художественный музей, Парк Культуры и Отдыха. Центральная городская библиотека работает с 1956 года (в современном статусе — с 1993 года).

Центральная городская детская библиотека организована в 1957 году. ДК «Икар» открылся в 1971 году. Историко-художественный музей создан на базе городского музея. В 1956 году в Трехгорном открылась Детская музыкальная школа (первоначально располагалась в бараке) с 3 отделениями: фортепианным, оркестровым и народных инструментов. В 1998 году учреждению присвоен статус Детской школы искусств (директор — заслуженный работник культуры РФ С. Я. Забродина).

Одновременно со строительством завода и поселка развивалось физкультурное движение. Вначале в строительных подразделениях, с 1954 года — в заводоуправлении, создавались команды и секции по игровым видам спорта (волейбол, баскетбол, футбол), а также лыжные, шахматные, легкой и тяжелой атлетики, бокса. Из-за отсутствия оборудованных спортивных площадок тренировки и соревнования проходили на открытых участках возле бараков и общежитий. В 1954 году был построен стадион «Строитель» (позднее переименован в «Химик»). У истоков физкультурного движения в Трехгорном стояли: И. Н. Антоненко, М. Баранов, В. В. Белоусов, А. К. Дерюшев, В. М. Дьяченко, В. Д. Козлов, В. Н. Лопаткин, А. М. Мельников и другие. В декабре 1954 года состоялось собрание городского физкультурного актива, где был избран совет коллектива физкультуры (первый председатель Дерюшев). В 1958 году основан городской спортсовет. При поддержке ГорОНО в Трехгорном развивался детский и юношеский спорт; проводились массовые городские спортивные мероприятия; много внимания уделялось участию жителей в областных, республиканских, всесоюзных, международных соревнованиях, развитию спортивной инфраструктуры. В 1955 году состоялась 1-ая легкоатлетическая эстафета. В 1960-80-е годы регулярно проходили мероприятия по сдаче норм ГТО, соревнования по техническим видам спорта. Были введены в эксплуатацию спорткомплекс стадиона «Труд» (1960-61 гг.), Дворец спорта с плавательным бассейном (1967 г.), спорткомплекс ДЮСШ № 1 (1979 г.) со специализированными залами легкой атлетики, акробатики, футбольным полем, беговой дорожкой. Сегодня в спортивную инфраструктуру ЗАТО входят три детско-юношеские школы олимпийского резерва (дзюдо, бокс, легкая атлетика и акробатика), а также спортивные организации и клубы.

В конце 1990-х годов в одном из жилых домов Трехгорного по просьбе жителей открылась православная церковь в честь Покрова Пресвятой Богородицы. Тогда же начался сбор пожертвований на строительство храма. 17 октября 1999 года на месте строительства храмового здания совершен чин закладки первого камня с мощами Святого Митрофана. К 2004 году поставлены подкупольные перекрытия, началась внутренняя отделка помещений. 29 сентября 2005 года храм открылся. На церемонии освящения присутствовали митрополит Челябинский и Златоустовский Иов, настоятель-протоиерей отец Павел.

Муниципальное образование «Город Трехгорный» с 2005 года, после вступления в силу Федерального закона № 131, является городским округом.