Населённый пункт основан в 1960 году, день рождения отмечает 19 апреля 1960 года. С 1965 года — рабочий посёлок Протвино. Статус города получил в 1989 году[5]. С 18 августа 2008 года имеет статус наукограда России. Входит в городской округ Серпухов.
Город расположен на юге Московской области, на левом берегу реки Протвы, недалеко от её впадения в Оку, около 15 км к западу от Серпухова и 98 км к югу от МКАД. Находится на западе городского округа Серпухов, граничит на западе — с Жуковским районом Калужской области, а на юге по Протве — с Тарусским районом Калужской области.
Во время Великой Отечественной войны вблизи Протвина проходила линия фронта. В начале декабря 1941 здесь силами 49-й Армии было остановлено продвижение 13-го армейского корпуса группы армий «Центр» немецких войск в направлении Москвы. В окрестностях Протвина продолжают находить останки погибших военнослужащих, фрагменты военной техники и оружия[6]. В лесополосе в черте города сохранились воронки, образовавшиеся в результате взрывов снарядов.
Название города образовано как производное от названия реки Протвы. Датой основания считается 19 апреля 1960 года[7], когда было начато строительство протонного ускорителя «У-70» (этот научный комплекс до 1972 года являлся крупнейшим в мире).
Первоначально новый населённый пункт получил название по почтовому индексу — Серпухов-7 и являлся секретным объектом (не обозначенным на географических картах и дорожных указателях), доступ в который был возможен только по специальному пропуску. 22 января 1965 года населённому пункту был присвоен статус рабочего посёлка (посёлка городского типа) и официальное наименование: Протвино[8].
В 1963 году для проведения исследований в области физики элементарных частиц был организован Институт физики высоких энергий (ИФВЭ) во главе с физиком-теоретиком А. А. Логуновым. Этот институт сегодня является одним из крупнейших физических научных центров России, а в Протвине служит градообразующим предприятием.[источник не указан 618 дней]