Plutonium hình thành tự nhiên trong lòng một ngôi sao đang trải qua siêu tân tinh, cùng với hầu như tất cả các nguyên tố nặng trong vũ trụ. Nó không được tìm thấy trên Trái đất do tính chất không ổn định của nó. Đồng vị ổn định nhất của plutonium tự nhiên có chu kỳ bán rã chỉ 82.000.000 năm và đã cạn kiệt trước khi nó có thể được tiếp nhận trong quá trình hình thành hành tinh. Tuy nhiên, con người đã có thể tạo ra plutonium một cách nhân tạo.
Mẫu plutonium đầu tiên mà con người từng sản xuất được thực hiện tại Đại học California vào năm 1941. Các nhà nghiên cứu tại trường đại học này đã bắn phá một mẫu uranium-238 với hạt nhân helium cho đến khi nó tạo thành neptunium-238. Đồng vị này có chu kỳ bán rã ngắn. Trong vòng vài ngày, mẫu đã phân rã thành plutonium-238.
Sau Thế chiến thứ hai, Hoa Kỳ đã chiết xuất plutonium từ các thanh nhiên liệu uranium đã qua sử dụng ở quy mô công nghiệp. Plutonium-239 đặc biệt hữu ích cho sản xuất vũ khí và điện dân dụng. Công việc này kéo dài trong nhiều thập kỷ cho đến những năm 1970, khi Tổng thống Ford ban hành lệnh hành pháp đình chỉ sản xuất plutonium trong các cơ sở dân sự vì lo ngại phổ biến vũ khí hạt nhân. Một số quốc gia, chẳng hạn như Pháp, Nhật Bản và Nga, đã đầu tư đáng kể vào quá trình tái chế quy mô lớn và tiếp tục sản xuất plutonium từ uranium đã qua sử dụng. Plutonium có thể được sử dụng để sản xuất vũ khí hạt nhân và sản xuất năng lượng hạt nhân.
