Im Jahre 1898 vereinbarte die Stadt Nordhausen, die damals etwa 35.000 Einwohner hatte, mit der Elektrizitäts-AG (vormals Schuckert & Co. in Nürnberg), dass diese ein Elektrizitätswerk und eine Straßenbahn baut und selbst betreibt. Zum 1. April 1920 wurde die Stadt Eigentümerin des Unternehmens.

Der Straßenbahnbetrieb wurde am 25. August 1900 auf einem meterspurigen Netz von 5,04 Kilometern Länge eröffnet. Eine Linie mit weißem Signal führte vom Bahnhof in die Altstadt zum Kornmarkt und weiter über den Neumarkt zum Gehege am Geiersberg (2,6 Kilometer). Die andere war eine 2,3 Kilometer lange Ringlinie, die vom Bahnhof – mit rotem Signal – ebenfalls zum Kornmarkt fuhr, dann durch enge Gassen zum Altentor gelangte und von dort über die Grimmel-Allee, wo sich Depot und E-Werk befanden, zum Bahnhof zurückkam. Die Wagen der Gegenrichtung trugen ein grünes Signal.

Nach dem Ersten Weltkrieg kam es zu ersten Einschränkungen. Ab 29. Januar 1922 entfiel die Fahrt durch die Altstadt zwischen Kornmarkt und Altentor; ebenso endete ab 1927 die Linie zum Gehege bereits an der Riemannstraße. Als man ab 8. Juli 1934 auch das kurze Stück von der Stolberger Straße zur Riemannstraße aufgab, verlängerte man das Gleis zum Pfingstweg/Friedrich-Naumann-Straße. Bis 1945 wurde das 4,25 Kilometer lange Netz von einer roten Linie vom Bahnhof zum Pfingstweg und einer grünen Linie vom Bahnhof zum Altentor befahren. Die im Jahre 1900 beschafften 13 Triebwagen wurden 1934 durch acht neue ersetzt. Durch die Luftangriffe auf Nordhausen am 3. und 4. April 1945 wurden Stromanlagen, Oberleitungen, Wagenpark und Gleisanlagen zerstört. Nur 900 m Gleisnetz blieben unversehrt. Die Wiederinbetriebnahme fand am 2. September 1945 statt. Nach der Besetzung Nordhausens durch die Rote Armee im Sommer 1945 ging der Straßenbahnbetrieb von den „Städtischen Elektrischen Werken Nordhausen“ im Jahr 1949 auf das „Kommunale Wirtschafts-Unternehmen (KWU) der Stadt Nordhausen“ über und wurde 1951 zum „VEB (K) Verkehrsbetriebe Nordhausen“.

Trotz der starken Zerstörung der Stadt wurde die Straßenbahn wieder im früheren Umfang von etwa vier Kilometern Länge in Betrieb genommen. Kleinere Erweiterungen gab es erst in den 1980er Jahren; ab dem 7. Oktober 1981 fuhr die Linie 1 von der Stolberger Straße 800 Meter weiter bis zum Kreiskrankenhaus und seit dem 21. Dezember 1983 endet die Linie 2 an der Parkallee 700 Meter vom Altentor entfernt.

Mit der Wiedervereinigung Deutschlands im Jahr 1990 stand die Existenz der Straßenbahn zur Diskussion. Es wurde jedoch entschieden, die Straßenbahn zu erhalten. In den folgenden Jahren wurde das Schienennetz von Grund auf saniert und neue (zunächst alte brauchbare) Fahrzeuge gekauft. Am 3. Oktober 1993 kam noch eine Neubaustrecke hinzu, die vom Theaterplatz 1,8 Kilometer in den Ostteil der Stadt führt. Ab dem Jahr 2000 wurden neue Niederflurwagen Combino von Siemens beschafft.

Linie 10 nach Ilfeld

Nach der Wiedervereinigung kam es zu Bestrebungen, die beiden Gleisnetze von Nordhäuser Straßenbahn und Harzer Schmalspurbahn (HSB) zu verknüpfen, um eine durchgehende Verbindung nach dem Tram-Train-Prinzip zu schaffen. Dies war wegen gleicher Spurweiten (Meterspur) leicht möglich. Beim 100-jährigen Jubiläum der HSB im September 1999 unterzeichneten HSB und Stadtwerke Nordhausen zunächst eine Absichtserklärung, bis zur Landesgartenschau im Jahr 2004dies Vorhaben zu realisieren.^[ Im Jahr 2002 begannen die Bauarbeiten für diesen Lückenschluss. Dabei wurde ein Gleis von der Straßenbahnhaltestelle Bahnhofsvorplatz entlang der Oskar-Cohn-Straße zu den Abstellgleisen der Harzquerbahn am Bahnhof Nordhausen Nord errichtet und damit die bestehenden Gleisanlagen erreicht.

Da die Strecke der Harzquerbahn nach Ilfeld jedoch keine Fahrleitung besitzt und eine Elektrifizierung abgelehnt wurde, mussten für den als Linie 10 bezeichneten Abschnitt neue Fahrzeuge mit Hybridantrieb beschafft werden. Im Rahmen der Feierlichkeiten zum 100-jährigen Jubiläum der Straßenbahn Nordhausen wurde am 3. Juni 2000 die erste Hybridbahn Twino präsentiert. Es handelte sich dabei um einen mit einem 5-Zylinder-PKW-Dieselmotor erweiterten GT4-Triebwagen, der der praktischen Erprobung des Hybridantriebs diente. Bis zum 1. Mai 2004 beschafften die Stadtwerke drei Fahrzeuge des Typs Combino Duo.

Innerhalb der Stadt Nordhausen beziehen diese ihren Antriebsstrom direkt aus der Fahrleitung; auf den Gleisen der Harzquerbahn erfolgt der Antrieb dieselelektrisch. Für den Dieselantrieb ist ein ursprünglich für PKWs vorgesehener Motor der Marke BMW eingebaut. Die Kombination von Meterspur und Dieselantrieb ist in ihrer Form weltweit einzigartig und wird heute, analog zu den Modellen in Chemnitz, Karlsruhe beziehungsweise Zwickau, als Nordhäuser Modell bezeichnet.

Die Straßenbahnen fahren seitdem umsteigefrei vom Südharz-Klinikum durch die Nordhäuser Innenstadt und über den Bahnhofsvorplatz – auf einer Strecke von 11,4 Kilometern nutzen sie dann das Gleis der Harzquerbahn bis zum Haltepunkt Ilfeld Neanderklinik. Zugleich verkehrt auch ein Großteil der HSB-Triebwagen bis zum Bahnhofsvorplatz. Hierzu waren Ertüchtigungen an den Fahrzeugen und eine Zulassung gemäß BOStrab nötig.