Строительство завода было начато в январе 1942 года на основе эвакуированного в ходе Великой Отечественной войны оборудования Харьковского тракторного завода (сама эвакуация была начата в октябре 1941 года, а первые цеха начали собирать уже в декабре). В августе того же года был выпущен первый трактор АТЗ-НАТИ, а в декабре 1943 года завод выпустил первую тысячу тракторов. Производство на Алтайском тракторном заводе изначально организовывалось на основе поточной системы и конвейеров. К концу первой послевоенной пятилетки завод перегнал по количеству выпускаемых тракторов ХТЗ.
Завод был одним из крупнейших центров сельскохозяйственного машиностроения в Западной Сибири и довольно крупным в рамках всего Советского Союза в 70-е, 80-е годы.
После распада СССР завод начал сокращать производство, а в 2007 году фактически началось медленное обанкрочивание завода. В мае 2010 года в связи с простаиванием завода, низкой производительностью и сложной финансовой ситуацией на заводе начались сокращен