Die Ursprünge von Nucor gehen auf den Automobilhersteller Ransom E. Olds zurück, der 1897 die Olds Motor Vehicle Company gründete (das Unternehmen wurde später zu Oldsmobile, einem Teil der General Motors Corporation). Im Jahr 1905 verließ Olds Oldsmobile und gründete ein neues Unternehmen, die REO Motor Car Company, in Lansing, Michigan. Obwohl die Produkte von REO (darunter das luxuriöse Auto REO Flying Cloud und der Lastwagen REO Speed Wagon) beliebt waren, waren sie nicht rentabel, und das Unternehmen meldete 1938 Konkurs an.

Nach der Konkurssanierung verlagerte REO seinen Schwerpunkt von Autos auf Lastwagen, musste aber weiterhin Verluste hinnehmen. Im Dezember 1954 verkaufte REO seinen gesamten Produktionsbetrieb an die Bohn Aluminum and Brass Corporation.

Nach dem Verkauf des Betriebs leitete das Unternehmen das Liquidationsverfahren ein, aber eine Gruppe abtrünniger, aktiver Aktionäre, die das Vorhandensein eines nutzbaren Steuerverlusts bemerkten, fochten die Liquidation im September 1955 in einem Kampf um die Stimmrechte erfolgreich an und zwangen REO, ein winziges Nukleardienstleistungsunternehmen namens Nuclear Consultants, Inc. in einer umgekehrten Übernahme zu übernehmen. Das Unternehmen wurde in „Nuclear Corporation of America Inc.“ umbenannt und zog in Büros im Empire State Building in New York City um. Der Versuch des Unternehmens, sich in ein Dienstleistungsunternehmen für die Nuklearindustrie umzuwandeln, war nicht erfolgreich, und es folgte dem Beispiel anderer Unternehmen in den 1950er und 60er Jahren, indem es versuchte, ein Mischkonzern zu werden und seinen Hauptsitz nach Phoenix, Arizona, zu verlegen. Das Unternehmen tätigte mehrere Übernahmen, darunter die Vulcraft Corporation, einen Hersteller von Stahlträgern in Florence, South Carolina. Vulcraft wurde von Sanborn Chase (nicht verwandt mit Chase & Sanborn Coffee) gegründet, der früh starb und das Unternehmen seiner Witwe hinterließ. Nuclear kaufte Vulcraft 1962 von der Witwe von Chase und stellte F. Kenneth Iverson als Geschäftsführer ein. Im März 1965 meldete das Unternehmen erneut Konkurs an. Der Verwaltungsrat entließ den Präsidenten von Nuclear (und musste ihm sein Geschäftsflugzeug zurückgeben), konnte aber keinen Ersatz finden. Schließlich teilte Samuel Siegel (nicht verwandt mit dem Mandolinisten Samuel Siegel), ein Buchhalter bei Nuclear und Freund von Iverson, der das Unternehmen verlassen wollte, dem Vorstand mit, dass er unter zwei Bedingungen im Unternehmen bleiben würde: Iverson würde Präsident werden und er (Siegel) würde CFO werden. Der Vorstand akzeptierte.

Iverson und Siegel reorganisierten Nucor um seinen einzigen rentablen Geschäftsbereich, den Stahlhersteller Vulcraft. Alle anderen Geschäftsbereiche wurden entweder verkauft oder liquidiert. 1966 verlegte das Unternehmen seinen Hauptsitz nach Charlotte, North Carolina, um näher am Vulcraft-Hauptwerk zu sein.

Im Jahr 1968, als das Unternehmen keine günstigen Stahlpreise von amerikanischen Herstellern erhalten konnte und mit dem damals verfügbaren Importstahl unzufrieden war, beschloss Iverson, ein ausgebildeter Metallurge, Nucor vertikal auf die Stahlerzeugung auszudehnen, indem er sein erstes Stabstahlwerk in Darlington, South Carolina, baute. Das Unternehmen entschied sich für den Kauf eines elektrischen Lichtbogenofens, der weitaus billiger war als ein herkömmlicher Hochofen, und nahm einen Kredit in Höhe von 6 Millionen Dollar auf, der durch alle Vermögenswerte des Unternehmens gesichert war. Produktionsverzögerungen und Personalprobleme ließen die Aktien des Unternehmens auf einen Pfennig fallen, aber die Gewinne stiegen 1971 und 1972 sprunghaft an.

Im Jahr 1972 erkannte das Unternehmen, dass es nun falsch benannt war, und nahm seinen heutigen Namen, Nucor Corporation, an. Nucor erkannte die Nachfrage nach kostengünstigen Stahlprodukten (z. B. Betonstahl) und begann mit deren Herstellung. Das Unternehmen begann, Stahl an andere Unternehmen zu verkaufen, die zuvor minderwertigen Stahl importiert hatten.

Seit seiner Umstrukturierung wurde Nucor zu einem führenden Unternehmen in der Recyclingtechnologie und baute seine Marktpräsenz aus. Im Jahr 1988 war Nucor der erste Stahlrecycler, der Breitflanschträger mit einer Tiefe von 40″ herstellte. Im selben Jahr eröffnete das Unternehmen seinen Geschäftsbereich Bauprodukte.

Im Jahr 1989 eröffnete Nucor eine Anlage in Crawfordsville, Indiana, das erste Miniwalzwerk der Welt, das Flachwalzstahl mit der Dünnbrammentechnologie herstellt.

Im März 2000 wurde ein Joint Venture gegründet, das zu 47,5 % Nucor, zu 47,5 % BlueScope und zu 5 % der IHI Corporation gehört, um die Castrip-Technologie zu lizenzieren. Diese Technologie ermöglichte das Stranggießen von Stahlblech direkt aus der Stahlschmelze, ohne dass schwere, teure und energieaufwendige Walzen erforderlich waren. Infolgedessen sind mit dieser Technologie gebaute Walzwerke wesentlich billiger und benötigen deutlich weniger Platz als andere Walzwerke.

Im September 2000 wurde Dan DiMicco, der zuvor Geschäftsführer des hochprofitablen Joint Ventures Nucor-Yamato Steel war, zum CEO ernannt.

In den folgenden Jahren tätigte das Unternehmen mehrere Übernahmen; 2001 erwarb es Auburn Steel, seine erste Übernahme seit 36 Jahren. Im Jahr 2002 kaufte Nucor Birmingham Steel, einschließlich des Werks Mississippi Steel und der Betriebe in Birmingham, Alabama. Im Jahr 2004 erwarb Nucor Corus Tuscaloosa und im Jahr 2005 Fort Howard Steel und Marion Steel. Im Jahr 2006 erwarb Nucor Connecticut Steel, Verco Decking und Harris Steel. Die 1,07 Milliarden Dollar teure Übernahme von Harris Steel erweiterte Nucor um die Produktion von Bewehrungsstäben, die aufgrund der gestiegenen Ausgaben für die Infrastruktur einen starken Markt hatten. Im Jahr 2007 erwarb der Unternehmensbereich Nucor Building Systems die Firma Magnatrax, die ihren Anteil am Markt für vorgefertigte Metallbausysteme vergrößerte. Im März 2008 erwarb Nucor die David J. Joseph Company, eines der größten Schrottmakler- und Recyclingunternehmen in den Vereinigten Staaten, um eine bessere Kontrolle über die Rohstoffversorgung und die Preise zu erlangen. Im Jahr 2012 kaufte Nucor Skyline Steel.

John J. Ferriola wurde zum Chief Executive Officer von Nucor ernannt, und Daniel R. DiMicco wurde mit Wirkung vom 1. Januar 2013 zum Executive Chairman. DiMicco ging am 1. Januar 2014 in den Ruhestand.

Im Jahr 2014 erwarb das Unternehmen die Gallatin Steel Company. Im Jahr 2015 erwarb das Unternehmen weitere Kaltwalzwerke in Ohio und Georgia. 2016 gab Nucor den Erwerb eines Stahlplattenwerks in Longview, Texas, und von Werken für Konstruktionsrohre in Mississippi, Alabama und Illinois bekannt. Der Erwerb dieser Anlagen erweiterte Nucors Fähigkeiten auf dem Blechmarkt und fügte dem Produktmix des Unternehmens Konstruktionsrohre hinzu.

Im April 2017 kündigte das Unternehmen eine 85-Millionen-Dollar-Modernisierung des Walzwerks in seinem Betonstahl- und Schilderwerk in Marion, Ohio, an.

Im August 2017 erwarb das Unternehmen St. Louis Cold Drawn, Inc.

Am 6. September 2019 gab Nucor bekannt, dass John Ferriola (CEO) zum Jahresende in den Ruhestand geht und durch Leon J. Topalian ersetzt wird.

Im Dezember 2019 gab das Unternehmen die Übernahme von TrueCore Insulated Panels bekannt.

Im März 2020 nahm das Joint Venture des Unternehmens mit JFE Steel in Mexiko die Produktion auf.