第二核能发电站在1974年9月开工兴建，与第三核能发电站同属十二项建设之一环，至1975年)8月1日开始排扎第一部机反应堆基础的第一支钢筋，1975年11月完成第一部机反应堆基础混凝土浇置。1978年2月2日吊放第一部机450吨重的发电机定子，同年5月9日吊放重约600吨的反应堆压力容器。

1979年8月15日，一号机紧急起动变压器及相关总线、高低配电盘与马达控制中心，由系统受电运转成功，即核二厂工程已进入试运转阶段。一号机于1981年1月完成铀燃料装填，较预定进度提前115天。不仅节省巨额工程费用及燃料费支出，对台电的供应能力也有极大的贡献。

第二部机工程较第一部机延后一年开工，第二部机发电机定子于1978年6月9日吊放完成。反应堆压力容器继于同年11月22日吊装完成。1982年3月完成铀燃料装填。一、二号机分别于1981年12月及1983年3月商业运转。

2011年，马英九宣布核二厂确定不延役，台电预计在2021年和2023年分别除役核二厂两机组。