Завод основан в 1942 году на базе эвакуированного из Мариуполя трубного завода. В этом же году завод начал выпуск первой продукции, в том числе и для военных нужд. В годы войны на заводе производили авиабомбы большого калибра.
В 1963 освоено производство труб большого диаметра (ТБД) из двух полуцилиндров.
В 1967 году на заводе начали выпускать холоднокатанные трубы повышенной прочности и точности размеров. Начато производство лонжеронов лопастей для сверхтяжелого вертолета МИ-26.
В 1970–1980 годы ЧТПЗ стал крупнейшим в мире трубным предприятием с объемом производства до 3,5 миллионов тонн труб в год.
В период 1970-1990 годов предприятие проводило реконструкцию основных цехов для увеличения годовых объемов выпуска труб. Потребность в трубах выросла одновременно с развитием нефтегазодобывающей отрасли.
В 2004 году Челябинский трубопрокатный завод приобрел 57% акционерного капитала Первоуральского новотрубного завода (ОАО «ПНТЗ»), а в 2008 году выкупил все оставшиеся акции. В этом же году предприятие приобрело ООО «МЕТА» и ЗАО «Римера», занятые переработкой лома и нефтепромысловым сервисом.
В 2010 году предприятие продолжило расширение, приобретя производства отводов и узлов трубопроводов и трубопроводной арматуры.
В 2016 году на территории ЧТПЗ запущено новое предприятие по выпуску штампосварных деталей трубопроводов с использованием наноструктурированных материалов.
В 2018 году ЧТПЗ завершил производство труб для проекта «Северный поток-2». В общей сложности было произведено около 600 тысяч тонн труб с трехслойным полиэтиленовым покрытием.
В 2020 году ПАО «ЧТПЗ» стало единственной российской компанией, которая прошла все этапы квалификационного отбора и предложила лучшие условия поставки среди 94 участников тендера на строительство магистрального газопровода на территории Туркменистана. В настоящее время ПАО «ЧТПЗ» – крупная, активно развивающаяся компания.
