Конструкторское бюро химической автоматики было основано в 1941 г. в Воронеже как ОКБ-154 Министерства авиационной промышленности. Работы по созданию жидкостных ракетных двигателей были начаты в конструкторском бюро в
1958 г. Переориентация КБ на создание ракетных двигателей была связана проводившемся в конце 50-х годов сокращении авиации в пользу ракетной техники. ОКБ-154 стало основным разработчиком маршевых ЖРД для баллистических ракет, разрабатывавшихся в ОКБ-52 (УР-200, УР-500, УР-100 и ее последующие модификации). Кроме того, ОКБ-154 были разработаны двигатели для второй ступени ракеты Р-9А, модификации которых впоследствии использовались на космических ракетах-носителях “Восход", “Молния" и “Союз", и кислород-водородный двигатель тягой 200 тонн для многоразовой ракетно-космической системы "Энергия". Двигатели, разработанные в КБХА, серийно производятся в основном на Воронежском механическом заводе.
С 1941 г. конструкторское бюро возглавлял С. А. Косберг. После его гибели в 1965 г. Главным конструктором стал А. Д. Конопатов. С 1993 г. КБХА возглавляет В. С. Рачук.
