Боевые действия на Карельском перешейке показали крайнюю неэффективность 76 мм пушек, являвшихся главным калибром тяжёлых танков РККА, включая новые опытные образцы, Т-100, СМК и КВ, в борьбе с долговременными огневыми сооружениями. Для их эффективного уничтожения требовались орудия калибра 152 мм и более.
Командарм Тимошенко С.К., который командовал Северо-Западным Фронтом, обратился с соответствующим запросом и, после необходимых согласований в декабре 1939 года ЛКЗ получает указание от первого секретаря горкома Жданова А.А. разработать и изготовить танк с подобным вооружением в кратчайшие сроки.
Группу разработчиков нового танка возглавил конструктор Дузов (СКБ-2). В целях сокращения сроков разработки корпус, ходовая часть и ГМТ практически без изменений были взяты у танка КВ-1. 
Но для размещения М-10 пришлось спроектировать новую башню, масса которой составила 12 тонн. Частично модернизированная гаубица, которая устанавливалась на танк (укороченный ствол, уменьшенный откат), получила обозначение М-10С. Уже к концу января 1940 года новый танк, именовавшийся в то время «КВ с большой башней» (по документам) и «дредноут» (по версии разработчиков) был изготовлен в металле и поступил на испытания.
Нигде в мире до этого орудие такой мощности на танки не устанавливалось. Поэтому существовало очень много скептиков (даже среди инженеров и конструкторов), которые утверждали, что танк в момент выстрела может перевернуться или башня не сможет выдержать столь мощного отката, что во время движения с башней такой массы и габаритов ходовая часть развалится от тряски и т.п. Но огневые и ходовые испытания прошли успешно и, 04.02.40, КО при СНК СССР отдаёт приказ об изготовлении 9 танков КВ с большими и маленькими башнями до 25.03.40. но изготовлено было только 5 (на 01.04.40).
28.05.40 СНК принимает решение о начале серийного выпуска танка КВ-2 (постановление № 885-330 сс).
Серийные танки отличались от опытных по целому ряду параметров. Они получили более технологичную башню упрощённой формы, адаптированную к серийному изготовлению. Поменялись её габариты, конструкция маски орудия. В кормовой части башни разместили в шаровой опоре пулемёт ДТ. Все эти конструктивные изменения позволили уменьшить почти на 2000 кг массу танка.
У серийного КВ-2 появились наружные топливные баки стандартного образца. Машину оснастили радиостанцией и ВПУ для экипажа. Согласно плановому заданию ЛКЗ должен был изготовить в 1941 году 100 танков КВ-2.
Описание танка
Корпус и башня
Корпус равнопрочного бронирования (противоснарядного) изготавливался методом сварки катаных бронеплит. Броневые листы толщиной, отличной от 75 мм, устанавливались только для горизонтального бронирования танка. корпуса первых танков не имели места установки курсового пулемёта.
Серийные машины оснащались башнями двух типов. На первых машинах устанавливали башню МТ-1, затем так называемую «пониженную башню», более лёгкую. Визуально они отличаются лобовой частью. У башни МТ-1 имеются скуловые бронеплиты, размещённые наклонно. А у «пониженной» они стоят вертикально. Кроме этого данная башня в своей кормовой части имеет шаровую установку для пулемёта ДТ-29. Башни так же изготавливались методом сварки. Погон башни – 1535 мм. После установки башня фиксировалась специальными захватами во избежание её сваливания при опрокидывании танка или его сильном крене.
Место механика-водителя находилось в переднем отделении (отделение управления) по центру. Слева от него размещался стрелок-радист. Остальные члены экипажа находились в башне, совмещённой с боевым отделением. Справа от орудия находились рабочие места
помощника заряжающего и командира танка, слева – заряжающего и наводчика. Для посадки/ высадки экипажа использовалось три люка: кормовую дверцу в башне, круглый люк на крыше башни, круглый люк механика-водителя. Для аварийного покидания танка предназначался аварийный люк в днище корпуса.
Вооружение
Гаубица М-10Т крепилась на цапфах в башне и являлась полностью уравновешенной конструкцией, чего нельзя сказать о самой башне, центр массы которой был смещён относительно геометрической оси её вращения. Поэтому штатный электромотор уже не мог провернуть башню даже при небольшом крене танка.
Гаубица могла вести огонь только одним штатным боеприпасом раздельного заряжания – осколочно/фугасной гранатой ОФ-530 (в отличии от М-10, имевшей достаточно широкий ассортимент используемых боеприпасов). Фактически в условиях, сложившихся летом 1941 года, использовали любые боеприпасы соответствующего калибра, которые удавалось найти. Ситуация осложнялась тем, что невозможно было вести стрельбу при полном заряде, так как это клинило башню и выводило из строя агрегаты и узлы моторно-трансмиссионной группы. Из-за этого огонь можно было вести исключительно с места. Что существенно увеличивало вероятность поражения танка на поле боя.
Двигатель
12 –цилиндровый дизель В-2К, V- образный четырёхтактный развивал при 1800 об/мин 500 л.с. В ходе доработок его мощность удалось повысить до 600 л.с. топливные баки размещались не только в МТО, но и в боевом отделении.
Опыт войсковой эксплуатации первых машин показал, что танк достаточно сырой и имеет большое число недостатков технического характера. Но, несмотря на это, танк считался одной из наиболее перспективных боевых машин, из числа стоящих на вооружении РККА.
Танк выпускался до декабря 1941 года, после чего был снят с производства. Основными причинами принятия подобного решения стали:
Низкая надёжность машины и высокая материалоёмкость;- Отсутствие острой необходимости у РККА в танках подобного рода;
- Свёртывание производства танков в Ленинграде в связи с блокадой города и эвакуация ЛКЗ.
КВ-2 участвовал в сражениях Великой отечественной войны (334 танка). Но, практически все танки были потеряны в 1941 году. Причём подбить немцам удалось всего три танка, остальные были брошены экипажами из-за поломок или отсутствия топлива.
Экспериментальные машины на базе танка КВ-2
Один КВ-2 использовался в Горьком на заводе № 92 для испытания и отработки новых систем танкового вооружения. На нём устанавливались прототипы танковой пушки Ф-39 (калибр 85 мм), улучшенная версия пушки ЗиС-6 (107 мм), которая разрабатывалась для КВ-4 и КВ-5.
На базе танка прорабатывался проект создания минного трала (объект 218). По неподтверждённым данным прорабатывался вариант огнемётного танка.