Указом президиума Верховного Совета РСФСР рабочий поселок Нефтеюганск Сургутского района преобразован в город окружного подчинения.
История города Нефтеюганска начинается с июня 1961 года, когда на берегу Юганской Оби, в 2-х километрах от деревни Усть-Балык, высадился отряд геологоразведчиков с бригадой плотников. Они заложили первую улицу нового рабочего поселка. Одна за другой в течение лета к берегу подходили баржи с новопоселенцами. В быстром темпе выстраивались дома будущих новоселов, которые сами производили внутреннюю отделку. Надо было успеть за короткое северное лето подготовить базу для экспедиции. Геологоразведочные работы велись на Усть-Балыкской площади, которую затем переименовали в Партсъездовскую - в честь ХХII съезда КПСС, но это название не закрепилось. Уже через полтора года в документах вновь звучит Усть-Балыкская площадь – будущее нефтяное месторождение, давшее жизнь городу. Рабочему поселку в 1962 году было дано название Нефтеюганск. В нем объединили два понятия – нефть и река Юганская Обь, на берегу которой быстро рос новый населенный пункт. 15 октября 1961 года ударил первый нефтяной фонтан из скважины Р-62, а 18 декабря 1962 - скважина Р-63 фонтанировала суточным дебитом нефти 800 тонн. Таких крупных фонтанов в Тюменской области еще не было. 26 мая 1964 года первая промышленная нефть Усть-Балыкского месторождения была отправлена на нефтеперерабатывающий завод в резервуарах нефтеналивной баржи. Промышленность Сибири стала работать на собственном сырье. В январе 1968 года город Нефтеюганск встречал особого гостя — члена Политбюро ЦК КПСС, Председателя Совета Министров СССР Косыгина Алексея Николаевича.
В конце 1960-х были построены первые каменные дома, началось строительство ДК «Юность», кинотеатра «Юган». Было начато строительство гигантского нефтепровода: Самотлор — Усть-Балык — Тюмень — Уфа — Альметьевск. В 1980 году был образован Нефтеюганский район с центром в городе Нефтеюганске.
Город находится на острове между двух рек. 3 ноября 1984 года через протоку Юганская Обь был открыт мост протяженностью 870 метров. В 2007 году был сдан в эксплуатацию новый мост, его длина – 874 метра. Эти инженерные сооружения решили транспортную проблему связи с «Большой землей».
15 сентября 1977 года издан приказ о создании производственного объединения «Юганскнефтегаз», которое позже стало принадлежать НК «ЮКОС», а после аукциона 19 декабря 2004 года предприятие перешло в собственность нефтяной компании «Роснефть». Ныне это ООО «РН-Юганскнефтегаз», главное добывающее подразделение компании ОАО НК «Роснефть».
В 1982 году был создан общественный музей, который, пройдя большой путь развития, сегодня приобрел статус Нефтеюганского городского муниципального автономного учреждения культуры «Историко-художественный музейный комплекс». С 1989 года ведет передачи студия местного телевидения «Интелком», городская муниципальная телерадиокомпания. 19 октября 1997 года первых прихожан принял Свято-Духовский храм. В 2001 году на территории храма возведена стела атаману Сибирского казачьего войска Ермаку. В это же время ведется строительство мусульманской мечети.
В 2000 году число жителей города перешло 100-тысячный рубеж, что сделало его крупнейшим городом округа (наряду с Сургутом и Нижневартовском). 10 февраля 2010 года открыт культурно-выставочный центр «Усть-Балык», посвященный истории нефтегазового освоения и образования города Нефтеюганска. 14 октября 2011 года, при содействии ООО «РН-Юганскнефтегаз», на историческом месте открыт еще один памятник промышленного освоения «Скважина Р-62 – первооткрывательница Усть-Балыкского месторождения». 16 октября 2012 года открыто произведение искусства «Архитектурно-скульптурная композиция «Первопроходцы», представляющая собой монументальною скульптурную композицию, установленную на Набережной города, а 4 сентября 2015 года в центре города состоялось открытие архитектурной композиции в честь 70-летия Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.
