Основан в 1854 году под Санкт-Петербургом на Волковом поле (на месте нынешнего Волкова кладбища). В 1863 году морскому ведомству была выделена нынешняя территория полигона — правая часть Охтинского поля до Токсовских высот. Начал функционировать в 1879 году. Является одним из самых известных артиллерийских полигонов Российской империи и СССР. Здесь проводились испытания артиллерийских установок, снарядов, брони, железобетонных укреплений, систем реактивной артиллерии, ракетных двигателей. На территории осталось множество памятников военно-инженерной мысли. Также полигон был местом массовых расстрелов во времена красного террора 1920-х годов. Считается, что здесь погиб поэт Николай Гумилев. В последние годы полигон был замешан в ряде скандалов. Так, в мае 2000 года в результате взрыва боеприпасов на полигоне погиб один человек. Кроме того, здесь выявлялись факты незаконной добычи песка, хищения бронеплит, возбуждались уголовные дела о незаконном отчуждении принадлежащих военным земель.
Общая площадь полигона оценивается в 74 тыс. га, точные границы не определены. Последние десятилетия полигон находился в ведении Главного ракетно-артиллерийского управления Минобороны и активно не эксплуатировался. В 2009 году передан в ведение ВМФ. Власти Ленинградской области с начала 2000-х ведут переговоры о передаче им земель полигона, на которых частично расположены населенные пункты и стихийно образованные садоводства.