Атомная подводная лодка, получившая позже название «Ленинский комсомол», была первым советским кораблем с атомной энергетической установкой. Она положила начало атомному подводному кораблестроению в Советском Союзе. Научным руководителем работ был академик А. П. Александров, главным конструктором проекта — В. Н. Перегудов. Проекты основного оборудования атомной энергетической установки — реактора, парогенераторов, главного турбозубчатого агрегата, насосов первого контура, вспомогательных механизмов — разрабатывались под руководством члена-корреспондента Академии наук СССР Н. А. Доллежаля, начальника конструкторского бюро Балтийского завода Г. А. Гасанова, главных конструкторов Кировского завода М. А. Казака и H. M. Синева. Первым командиром первого советского атомохода был опытный подводник капитан 2 ранга Леонид Гаврилович Осипенко, впоследствии Герой Советского Союза, контр-адмирал, долгие годы руководивший учебным центром подготовки моряков — экипажей атомных подводных лодок в Обнинске.
Первая опытная атомная подводная лодка была спроектирована и построена в весьма сжатые сроки — за шесть лет и три месяца: проектирование — с октября 1952 по июнь 1954 года; изготовление рабочих чертежей — с марта 1954 по июль 1955 года; закладка атомной ПЛ на Северном машиностроительном предприятии (СМП) произведена в мае 1954 года, спуск на воду — в августе 1957 года; ходовые испытания закончены в декабре 1958 года, после чего подводная лодка К-3 была сдана флоту в опытную эксплуатацию. Подводная лодка — двухкорпусная, двухвальная — имела следующие тактико-технические элементы: основные размерения — 107,4 х 7,9 х 5,7 м; надводное водоизмещение — 3101 т, подводное — 4069 т; запас плавучести — 30,5%; рабочая глубина погружения — 240 м, предельная — 300 м; число торпедных аппаратов калибра 533 мм — восемь; мощность главной энергоустановки на валу — 35000 (2 х 17500) л. с.; тепловая мощность реактора — 140 (2 х 70) мВт; надводная скорость — 15,5 узла (28,7 км/ч), подводная — 25 узлов (фактически — около 30 узлов — 55 км/ч); автономность — 60 суток; время непрерывного пребывания в подводном положении — 1500 ч; экипаж —104 человека. В последующем, в связи с увеличением экипажа на 22 человека, автономность подводной лодки была сокращена до 50 суток и время непрерывного пребывания в подводном положении — до 1200 часов. В июне 1962 года впервые в истории Советского Военно-Морского Флота атомная подводная лодка «Ленинский комсомол» прошла подо льдами Северного Ледовитого океана, дважды пересекла точку Северного полюса, где подводники установили Государственный флаг СССР. За этот поход весь личный состав ПЛ был награжден орденами и медалями, а руководителю похода контр-адмиралу А. И. Петелину, командиру ПЛ капитану 2 ранга Л. М. Жильцову и инженер-механику капитану 2 ранга Р. А. Тимофееву было присвоено звание Героя Советского Союза.
