Открытое акционерное общество «ТВЭЛ» было создано 12 сентября 1996 года в соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 08.02.1996 №166 «О совершенствовании управления предприятиями ядерно-топливного цикла». При создании ОАО «ТВЭЛ» в оплату его уставного капитала были внесены акции следующих предприятий по фабрикации ЯТ:
• ОАО «Машиностроительный завод»(49% акций);
• ОАО «Чепецкий механический завод» (51% акций);
• ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» (38% акций);
• ОАО «Химико-металлургический завод» (51% акций).
К началу 2000-х годов ОАО «ТВЭЛ» увеличило доли своего участия в дочерних обществах, создало общества вспомогательной инфраструктуры, а также консолидировало отраслевые горнорудные активы, которые в последующем послужили основой формирования отраслевой уранодобывающей компании ОАО «Атомредметзолото».
В 2007 году единственным акционером ОАО «ТВЭЛ» стало открытое акционерное общество «Атомный энергопромышленный комплекс», консолидирующее активы гражданского сектора российской атомной отрасли.
В соответствии с Федеральным законом от 1 декабря 2007 года № 317-ФЗ «О государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» находившиеся в федеральной собственности акции ОАО «Атомэнергопром» (100%) были переданы Госкорпорации «Росатом» в качестве имущественного взноса Российской Федерации.
В сентябре 2009 года Госкорпорацией «Росатом» принято решение о формировании на базе ОАО «ТВЭЛ» Топливной компании Госкорпорации «Росатом», объединившей помимо ОАО «ТВЭЛ» и его дочерних и зависимых обществ предприятия разделительно-сублиматного и газоцентрифужного комплексов российской атомной промышленности.