Плутоній було відкрито наприкінці 1940 р. у Каліфорнійському університеті. Його синтезували Мак-Міллан, Кеннеді та Валь, бомбардуючи окис урану (U3O8) сильно прискореними в циклотроні ядрами дейтерію (дейтронами).
Радіогенний плутоній-239 утворюється з урану-238 при захопленні нейтронів, що виникають при спонтанному розподілі урану (235U і 238U) та в результаті реакцій (α, n) на легких елементах, що входять до складу руд; Ще одним джерелом нейтронів є космічне випромінювання.
Плутоній широко використовується як паливо для ядерних реакторів, а також як джерело енергії для космічних апаратів. Вартість чистого збройного плутонія складає близько $4000 за грам.
У 1948 році Едвін Макміллан запропонував назвати 93-й хімічний елемент нептунієм. так як планета Нептун – перша за Ураном. За аналогією на честь другої планети за Ураном, Плутона, був названий плутоній.