22 июня 1961 года на берегу Юганской Оби около Усть-Балыкских юрт высадился отряд геологоразведчиков, возглавляемый Михаилом Ивановичем Ветровым с бригадой плотников Карпа Ананьевича Иванченко (ныне Почётный гражданин города).


15 октября ударил первый нефтяной фонтан, затем были новые фонтаны. 18 декабря 1962 года из скважины Р-63 ударил фонтан с суточным дебитом нефти 800 тонн. Таких в Тюменской области ещё не было. После этого посёлок стал бурно расти, и вскоре его переименовали в Нефтеюганский, объединив в этом слове Нефть и Юганскую Обь.

15 сентября 1977 года глава Министерства нефтяной промышленности Николай Алексеевич Мальцев подписал Приказ о создании производственного объединения «Юганскнефтегаз». Намного позже оно стало принадлежать НК «ЮКОС». 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“».

16 октября 1967 года Президиум Верховного Совета РСФСР издал Указ «О преобразовании рабочего посёлка Нефтеюганск Сургутского района Ханты-Мансийского национального округа, Тюменской области в город окружного подчинения». После принятия статуса в январе 1968 года город Нефтеюганск встречал особого гостя — члена Политбюро ЦК КПСС, Председателя Совета Министров СССР Алексея Николаевича Косыгина.

В конце 1960-х годов были построены первые каменные дома — были открыты ДК «Строитель», ДК «Юность», кинотеатр «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 двумя рукавами Оби. Южный рукав, на берегу которого расположен город, называется протока Юганская Обь. 3 ноября 1984 года был открыт мост через протоку Юганская Обь, 16 сентября 2000 года введён в эксплуатацию мост через реку Обь — в прошлом связь летом осуществлялась паромом, а зимой — ледовой переправой.

В 1989 году начала вещание студия телевидения «Интелком», позднее вышла в эфир городская муниципальная телерадиокомпания «Юганск».

26 июня 1998 года киллерами был застрелен впервые всенародно избранный глава города Владимир Петухов (см. Дело ЮКОСа). В 2014 году в память о В. Петухове был открыт бронзовый бюст на центральной аллее города.

В 2000 году число жителей города превысило 100 тыс. человек, что сделало его крупнейшим городом округа (наряду с Сургутом и Нижневартовском).