Дата основания Северодвинска - 11 августа 1938 года. День города Северодвинск отмечает в последнее воскресенье июля (в соответствии с пунктом 3 статьи 1 Устава Северодвинска).

В марте 1936 года Правительственная комиссия определила площадку для строительства новой, самой мощной, верфи – территорию в районе Никольского устья реки Северная Двина. Единственным капитальным строением на болотистом берегу залива был заброшенный Николо-Корельский монастырь – каменные строения XVII века.

Впервые монастырь упомянут в Двинской летописи 1419 года. В 1553 году к его причалу пристал корабль английского мореплавателя Ричарда Ченслера. И вплоть до возникновения города Архангельска (1584 г.) у стен Николо-Корельского монастыря действовал первый торговый порт России. К началу XX века древняя обитель утратила былое величие, а после 1917 года из монастыря были вывезены все культурные ценности.

Первые бригады строителей прибыли в Никольское устье на пароходе «Иван Каляев» в июле 1936 года. За четыре месяца была построена железнодорожная магистраль до Архангельска, быстрыми темпами началось строительство эллингов завода, жилых домов и социальных объектов. Рабочий поселок получил название Судострой. В 1938 году поселок был преобразован в город Молотовск (в 1957 году переименован в Северодвинск.

В 1939 году на заводе № 402 (с 1959 года – Севмаш) был заложен первый корабль – линкор «Советская Белоруссия». В годы Великой Отечественной войны кораблестроительная программа была приостановлена. Из 40 тысяч жителей города 17 тысяч 517 человек ушли на фронт. Предприятие обеспечивало боеспособность кораблей Северного флота, ремонт иностранных транспортов, участвующих в Северных конвоях. В годы войны было отремонтировано 139 кораблей и судов. В 1941–1945 годах Молотовский порт стал одним из основных портов на Севере страны, обеспечивающим поставки лендлиза. Местные портовики обработали около 200 судов, 60 тысяч железнодорожных вагонов, приняли около 1 млн. тонн военных грузов.

В первые послевоенные годы завод № 402 продолжил строительство кораблей для ВМФ СССР. Основным профилем предприятия стала постройка подводных лодок. В 1955 году заводу было поручено важное государственное задание – создание первой отечественной подводной лодки с ядерной энергетической установкой. Атомная подводная лодка К-3 «Ленинский комсомол» была успешно передана в опытную эксплуатацию в 1958 году, а Северодвинск стал центром атомного подводного кораблестроения страны. К настоящему времени здесь построено 128 атомных подводных лодок – больше, чем на любой другой верфи мира. Выполняя программу создания атомного подводного флота, Северодвинск до 1992 года имел статус ЗАТО.

В 2008 году основные предприятия Северодвинска – ОАО «ПО «Севмаш», ОАО «Центр судоремонта «Звездочка», ОАО «СПО «Арктика» – вошли в состав «Объединенной судостроительной корпорации». В Северодвинске располагается офис самого крупного холдинга ОАО «ОСК» – ОАО «Северный центр судостроения и судоремонта». Градообразующие предприятия Северодвинска, развивая военную тематику, выпускают широкий спектр наукоемкой гражданской продукции: суда различных классов и назначений, морские платформы и буровые установки для добычи нефти и газа на шельфе Арктики, экспериментальные энергоблоки, транспортно-упаковочные контейнеры для отработанного ядерного топлива, гребные винты, оборудование для различных отраслей промышленности и народного хозяйства. Городская промышленность представлена предприятиями пищевой отрасли, сферы услуг, торговли.

В ноябре 2010 года решением Комиссии Правительства РФ по экономическому развитию и интеграции одобрен комплексный инвестиционный план (КИП) модернизации Северодвинска как моногорода на 2010-2020 годы. В ноябре 2012 года в рамках КИПа завершена реконструкция Архангельского шоссе – самой протяжённой дороги Северодвинска.