A Kijevtől 130 kilométerre épült erőműben 1000 megawattos, könnyűvizes, grafithűtésű, RBMK típusú, külső szigetelő burkolat nélküli reaktorok működtek. 1986. április 26-án hajnali 1 óra 23 perckor a négyes blokk reaktorát két robbanás rázta meg, felszakítva az épület tetejét és falait. A reaktorban tíz napig égett a tűz, és több százszor annyi radioaktív szennyeződés jutott a levegőbe, mint a második világháborúban Hirosimára és Nagaszakira ledobott atombombák felrobbanása után.

Az ukrán miniszterelnök már április 26-án reggel utasítást adott megfelelő mennyiségű autóbusz és személyautó összeszedésére az erőmű környékén élők evakuálásához. A járműveknek el kellett jutniuk Pripjatyba, és 27-én mindössze két és fél óra alatt 44 600 embert evakuáltak.

A vizsgálat kiderítette, hogy a katasztrófát a reaktor tervezési hibája és egy kockázatos, nem engedélyezett kísérlet okozta. A személyzet azt szerette volna kipróbálni, hogy teljes áramkiesés esetén a lassuló turbinák maradványenergiája elegendő-e a pót hűtőrendszer átmeneti üzemeltetésére, amíg a dízelgenerátorok működésbe lépnek. A reaktor teljesítményét az előírásokat figyelmen kívül hagyva a tiltott, alig ellenőrizhető és instabil 20-30 százalékra nyomták le, ráadásul kiiktatták a biztonsági automatikát és a vészhűtő rendszert is.

A hűtővíz hőmérsékletének emelkedése miatt automatikusan megindultak lefelé a szabályozó rudak, de a tervezési hiba miatt ezek alsó része grafitból állt, amely nem nyeli el a neutronokat. A reaktor teljesítménye így váratlanul megugrott, a túlhevülés miatt a szabályozó rudak megakadtak. A hűtővíz elforrt, a gőznyomás robbanást idézett elő, majd kémiai robbanás történt, és hasadási termék került a levegőbe.

A szovjet vezetés már aznap értesült a balesetről, de a hírt nyilvánosságra csak két nappal később hozták, amikor Svédország felvilágosítást kért a radioaktivitás általuk mért emelkedésének okairól. Az erőmű környékéről 36 órás késéssel kezdődtek meg a több százezer embert érintő kitelepítések, a létesítmény körül 30 kilométeres tiltott zónát létesítettek. Magyarországon csak május 1. után hangzottak el az első információk a katasztrófáról.

A baleset után az erőmű másik három blokkját lezárták, a negyedik reaktor fölé vasbeton szarkofágot emeltek. A vizsgálat a baleset elsődleges okát emberi mulasztásban állapította meg, az erőmű vezetőit 1987-ben tíz év börtönre ítélték. A tervezési hibákat államtitokká nyilvánították, a szovjet hatóságok hivatalosan csak 1991 februárjában ismerték el, hogy a katasztrófa bekövetkeztében szerepe volt az RBMK típusú atomreaktor technikai elégtelenségének.

A következmények felszámolását célzó műveletekben 80 repülőgép és helikopter vett részt. Először homokot dobtak a sérült reaktorra. Egy-egy helikopter 8-10 darab, egyenként 60-80 kilogrammos zsákot vitt a fedélzetén, a cél felett lebegve megállt a levegőben, majd a legénység - amely hevederekkel rögzítette magát - a nyitott ajtón dobálta ki a zsákokat 200 méter magasságból a 20 méter átmérőjű kráterbe.

A sugárzásmérők nem működtek, mert jóval erősebb volt a sugárzás, mint amennyit mérni tudtak volna. A helikopterek is tönkrementek a sugárzástól, de főleg a hőségtől két-három bevetés után: ugyanis a kráter közelében 120, a kráter felett pedig 200 Celsius fok volt a hőmérséklet.

Később zsákok helyett fékező ejtőernyőket használtak a homok szállítására, de azokkal levált a helikopter rögzítő karabinere is, ezért órákon belül többször használatos felfüggesztő berendezést kellett konstruálni, és be kellett indítani a gyártását. Aztán amikor a homoktól egyre melegebb lett, akkor ólomöntvényeket kezdtek egyenként ledobálni.

A repülősök jódtablettákat kaptak, meg valami kenőcsöt Leningrádból, és az ülések alá ólomlemezeket tettek. A sugárzást nem mérték, mert voltak ugyan számlálóik, amelyek az engedélyezett mennyiséget tíz napig összegezték volna, de minden nap ki kellett dobni ezeket a műszereket, mert "megteltek". Naponta új egyenruhát adtak ki. Az emberek saját elhatározásból az engedélyezett napi öt bevetés helyett napi harmincat is repültek, és miközben a szabályzat szerint 10 nap alatt legfeljebb 100 röntgen sugárzást kaphattak volna, ennek sokszorosa érte őket.

Az 1986-87 folyamán a baleset megfékezésében és a szennyeződés eltávolításában kezdetben a hadseregből, önkéntesekből, az erőmű dolgozóiból, a helyi rendőrség és tűzoltóság tagjaiból összetevődő, mintegy 200 000 főnyi katasztrófaelhárító és helyreállító munkás vett részt. Később a regisztrált „likvidátorok” létszáma 600 000 fölé emelkedett, jóllehet csupán kis részük volt kitéve veszélyes sugárzási szinteknek. A legmagasabb dózist a baleset első napján a katasztrófaelhárító munkások és az erőmű telephelyén tartózkodó dolgozó, mintegy ezer ember kapta. A csernobili atomerőművi katasztrófánál elsőként bevetett likvidátorok nagy része már nem él.

2007. szeptember 17-én hivatalosan is bejelentették, hogy az 1986-ban felépített, azóta meglehetősen leromlott állagú régi szarkofág helyére új, acélból készült védőlétesítmény épül majd. A beruházás előreláthatólag öt év alatt valósul meg, és 505 millió dollárba fog kerülni. Az új védőlétesítmény közvetlenül a jelenlegi szarkofág mellett épül fel és síneken tolják majd leendő helyére. Az építmény a tervek szerint oldalnézetből félkörív alakú lesz, szélessége 257 m, magassága 105 m, hosszúsága pedig 150 métert tesz majd ki, súlyát mintegy 20 ezer tonnára becsülik. A létesítmény tervezett élettartama legalább 100 év.

Az atomenergetika történetének legsúlyosabb balesete rádöbbentette az emberiséget arra, hogy a nukleáris energia beláthatatlan veszélyek forrása lehet, ha gondatlanul kezelik.