أُنشئ مختبر التعدين كمختبر علمي في جامعة شيكاغو منذ عام 1942 حتى عام 1946.
تأسس في فبراير عام 1942، ثم تحول إلى مختبر أرجون الوطني في يوليو عام 1946.
أُسِّس المختبر في فبراير عام 1942 لدراسة واستخدام العنصر الكيميائي المكتشف حديثًا، البلوتونيوم.
بحث المختبر في كيمياء ومعادن البلوتونيوم، وصمّم أولى المفاعلات النووية في العالم لإنتاجه، وطور العمليات الكيميائية لفصله عن العناصر الأخرى.
نجح القسم الكيميائي في المختبر في أغسطس عام 1942 في فصل عينة قابلة للوزن من البلوتونيوم لأول مرة. وفي 2 ديسمبر 1942، أنتج مختبر التعدين أول تفاعل تسلسلي نووي مضبوط في التاريخ داخل مفاعل Chicago Pile-1، الذي أُقيم تحت مدرجات ملعب ستاغ فيلد القديم لكرة القدم في الجامعة.
أُنشئ مختبر التعدين كجزء من مشروع التعدين، تحت إشراف لجنة S-1، والمعروفة أيضًا باسم مشروع "Pile" أو "X-10", برئاسة أستاذ جامعة شيكاغو آرثر هـ. كومبتون، الحائز على جائزة نوبل. وبذلك، أصبح جزءًا من مشروع مانهاتن، وهو الجهد الذي بذله الحلفاء لتطوير القنبلة الذرية خلال الحرب العالمية الثانية.
توالى على قيادة مختبر التعدين كل من ريتشارد دوين، صامويل أليسون، جويس ستيرنز، وفارينغتون دانيلز.من بين العلماء الذين عملوا هناك إنريكو فيرمي، جيمس فرانك، يوجين فيجنر، جلين سيبورج، وليو زيلارد.كلف كومبتون روبرت أوبنهايمر بتولي البحث في تصميم القنبلة في يونيو 1942، والذي أصبح مشروعًا منفصلًا باسم "مشروع Y" في نوفمبر من العام نفسه.في ذروته في 1 يوليو 1944، بلغ عدد موظفي مختبر التعدين 2,008 موظفًا.
نقل مختبر التعدين مفاعل Chicago Pile-1 لاحقًا إلى الموقع أ، وهو موقع أكثر عزلة في محميات غابة أرجون، حيث استُخدمت المواد الأصلية لبناء مفاعل Chicago Pile-2 المحسّن، ليتم توظيفه في أبحاث جديدة حول نواتج الانشطار النووي.
أنشأ المختبر أيضًا مفاعلًا آخر، Chicago Pile-3، في موقع أرجون في أوائل عام 1944، وكان هذا أول مفاعل في العالم يستخدم الماء الثقيل كمهدئ للنيوترونات. بلغ المفاعل مرحلة الحرج في مايو 1944، وتم تشغيله بكامل طاقته لأول مرة في يوليو 1944.
صمّم مختبر التعدين كذلك مفاعل X-10 الجرافيتي في منشأة كلينتون الهندسية في أوك ريدج، تينيسي، والمفاعل النووي ب في منشأة هانفورد الهندسية في بولاية واشنطن.
درس مختبر التعدين، إلى جانب تطوير المفاعلات، كيمياء ومعادن البلوتونيوم، وتعاون مع شركة دو بونت لتطوير عملية فوسفات البزموت المستخدمة لفصل البلوتونيوم عن اليورانيوم.
عندما تأكد أن المفاعلات النووية ستتعامل مع مواد مشعة على نطاق واسع، برزت مخاوف كبيرة بشأن الجوانب الصحية والسلامة، مما زاد من أهمية دراسة التأثيرات البيولوجية للإشعاع. وكُشف أن البلوتونيوم، شأنه شأن الراديوم، يستهدف العظام، مما يجعله شديد الخطورة.
أصبح مختبر التعدين أول المختبرات الوطنية تحت اسم مختبر أرجون الوطني في 1 يوليو 1946. كما أدى عمله إلى إنشاء معهد إنريكو فيرمي ومعهد جيمس فرانك في الجامعة.