Ведущим конструктором танка СМК был А.С. Ермолаев. Первоначальным проектом предусматривалось создание трехбашенной машины, при этом ее масса достигала 55 т. В процессе работы от одной башни отказались, а сэкономленный вес направили на утолщение брони. Параллельно с СМК группа дипломников Военной академии механизации и моторизации имени Сталина, проходивших практику на Кировском заводе, разработала проект однобашенного тяжелого танка КВ ("Клим Ворошилов"). По сути дела, КВ представлял собой уменьшенный по длине на два опорных катка СМК с одной башней и дизельным двигателем.

В августе 1939 года танки СМК и КВ изготовили в металле. В конце сентября оба танка приняли участие в показе новых образцов бронетанковой техники на НИБТ полигоне в подмосковной Кубинке, а 19 декабря тяжелый танк КВ был принят на вооружение Красной Армии. Несколько ранее опытные тяжелые танки передали 20-й тяжелой танковой бригаде, учувствовавшей в боях на Карельском перешейке. Первый бой они приняли 17 декабря при попытке прорыва Хоттиненского укрепрайона линии Маннергейма. При этом танк СМК подорвался на мине и был оставлен экипажем. Танк КВ показал себя с лучшей стороны, однако очень быстро выяснилось, что 76,2-мм пушка Л-11 слаба для борьбы с дотами. Поэтому в сжатые сроки разработали и построили танк КВ-2 с башней увеличенного размера, вооруженный 152,4-мм гаубицей М-10. К 5 марта 1940 года три КВ-2 были отправлены на фронт.

Фактически серийное производство танков КВ-1 и КВ-2 началось в феврале 1940 года на Ленинградском Кировском заводе. В соответствии с постановлением СНК СССР и ЦК ВКП(б) от 19 июня к выпуску КВ должен был подключиться и ЧТЗ. 31 декабря была произведена опытная сборка первого КВ уральского производства. Одновременно в Челябинске началось строительство специального корпуса для сборки тяжелых танков. Следует отметить, что начиная с ноября, в танк КВ-1 вместо пушки Л-11 начали устанавливать 76,2-мм пушку Ф-32 производства Горьковского завода №92. Планом на 1940 год предусматривалось создание новых образцов танка КВ. Так к 1 ноября предполагалось построить два КВ с бронированием толщиной в 90 мм: один с пушкой Ф-32, другой с 85-мм пушкой, а к 1 декабря - два КВ со 100-мм броней и аналогичным вооружением. Эти танки были построены и получили обозначение КВ-3 (объекты 220, 221, 222).

План производства на 1941 год предусматривал выпуск 1200 таких машин. Из них 1000 (400 КВ-1, 100 КВ-2, 500 КВ-3) на Кировском заводе и 200 КВ-1 на ЧТЗ. Однако поражения первых месяцев внесли свои коррективы, в частности к производству КВ-3 так и не приступили. Что же касается выпуска КВ-1 на ЧТЗ, то до 22 июня там собрали всего несколько танков. Всего же в 1940 году было построено 243 машины, а в первом полугодии 1941 года - 393. Корпус танка сваривался из катаных броневых листов. Башня изготавливалась в двух вариантах - сварном и литом. Максимальная толщина брони сварных башен - 75 мм, литых - 95 мм. В 1941 году толщину брони башни довели до 105 мм. На танках более раннего выпуска броневую защиту усиливали 25-мм экранами, которые крепились к корпусу и башне болтами (не совсем понятно, для чего это делалось - в 1941 году бронирование КВ-1 было и без того избыточным). На танках первых выпусков устанавливалась 76,2-мм пушка Л-11, затем Ф-32 того же калибра, а с осени 1941 года - 76,2-мм пушка ЗИС-5. Кроме того танк вооружался тремя пулеметами - спаренным, курсовым и кормовым. На части танков ставился и зенитный пулемет ДТ.

Во втором полугодии 1941 года выпуск танков на Кировском заводе существенно возрос. К производству многих узлов и агрегатов подключились такие крупные ленинградские предприятия, как Ижорский и Металлический заводы, завод "Русский дизель" и другие. Из-за отсутствия дизелей В-2 танки КВ-1, так же как и Т-34, некоторое время выпускались с бензиновыми двигателями. Однако в условиях блокады продолжать массовый выпуск танков было невозможно, поэтому с июля по декабрь в несколько этапов проводилась эвакуация Кировского завода из Ленинграда в Челябинск. 6 октября Челябинский тракторный был переименован в Кировский завод Наркомтанкопрома - ЧКЗ, ставший единственным заводом-изготовителем тяжелых танков вплоть до конца Великой Отечественной войны.

Тяжелые танки КВ принимали участие в боевых действиях Великой Отечественной войны вплоть до ее завершающего этапа.