该实验室位于戈壁沙漠，将用于测试该地区是否适合长期储存高放射性废物。它最终将包括一个螺旋坡道、三个垂直竖井和水平处置廊道。两个核技术试验平台将分别建于地下280米和560米处。
中国核工业集团公司(中核集团)指出，北山实验室是中国十三五规划重点项目之一，也是一项重大的核环境保护科研项目。作为中国闭环核燃料技术创新体系的重要组成部分，北山实验室建成后，将有效填补中国高放射性废物处置技术地下现场研发平台和装备方面的空白，为克服全球高放射性废物地质处置难题提供实验平台和基础。
2019年，该项目获得中国原子能机构批准，中核集团北京核工业地质研究所被指定为项目牵头单位。
2021年6月，北山核电站举行了奠基仪式。2022年11月18日，一台名为北山1号的超硬岩隧道掘进机开始钻探实验室的地下坡道。北山1号由北京核地质研究所、中国铁建重工集团、中国核电第四研究设计工程有限公司、中国铁路第十八局集团等国内外单位联合研制。
2023 年 4 月，北山实验室的隧道掘进深度达到 280 米，这是计划建设的两个技术试验平台中的第一个的深度。
中国核工业集团有限公司(CNNC)表示：自2023年1月1日正式开挖以来，北山一号隧道已连续作业1000多个昼夜，顺利完成全部7个255米小半径转弯段和8个直线段的建设，累计掘进近7000米。日最高掘进量达21.6米，月最高掘进量达342米。施工过程中，围岩开挖损伤控制达到了厘米级。
该实验室的地面设施占地247公顷，总建筑面积为2.39公顷。地下综合体的总建筑体积为514,200立方米，隧道总长13.4公里。
该实验室预计耗资超过27.2亿元人民币(3.8亿美元)，建设周期为七年。其设计运行年限为50年。如果研究成果成功且选址适宜，到2050年，将在实验室附近建造一座高放射性废物地下处置库。
中国有三个地点进行低中放射性废物的工业规模处置：甘肃省西北部玉门附近;广东省大亚湾核电站附近的北龙处置库;以及四川省飞峰山。
