Разработка нового автомата осуществлялась в инициативном порядке с июня 2011 года под руководством главного конструктора «Ижмаша» Владимира Злобина на основе наработок за предыдущие 10 лет. В 2011 году была завершена сборка и начаты испытания первого опытного образца автомата Калашникова пятого поколения с рабочим названием АК-12. Автомат был впервые показан в январе 2012 года. Государство не оказывало поддержки разработке нового автомата из-за избыточного количества старых АК, которых насчитывалось на складах, в общей сложности, более 17 миллионов.
2 июня 2012 года в Солнечногорске главный конструктор НПО «Ижмаш» Владимир Злобин провёл презентацию АК-12 для Межведомственной рабочей группы (лаборатории) при Военно-промышленной комиссии, в состав которой входили представители Министерства обороны, МВД и ФСБ России. Члены комиссии по результатам демонстрационной стрельбы отметили, что автомат при стрельбе ведёт себя более устойчиво, чем образцы предшествующих поколений: уменьшились отдача и увод при стрельбе очередями.
С 27 июня по 1 июля 2012 года в городе Жуковский на территории транспортно-выставочного комплекса «Россия» прошёл второй международный форум «Технологии в машиностроении», где был запланирован показ АК-12.
В том же 2012 году автомат был предложен военным в рамках ОКР Ратник вместо ранее планировавшегося на конкурс АК-107. При этом ижевские конструкторы не успели создать вариант в калибре 7,62×39, и под этот патрон был представлен автомат старой конструкции АК103-3. В результате испытаний сразу выяснилось, что новый автомат значительно потерял в надёжности, проиграв на первом же этапе основному конкуренту — ковровскому А-545. Контракт на дальнейшую разработку был заключён с заводом имени Дегтярева, а разработку АК-12 пришлось продолжать в инициативном порядке.
В 2014 году на государственных испытаниях, несмотря на ряд значительных доработок, история повторилась: автоматы А-545 и А-762 после доработок были рекомендованы для серийного производства и войсковых испытаний, а доработка АК-12 и АК103-3 была рекомендована за средства разработчика. Сам ИЖМАШ в 2014 году был преобразован в концерн «Калашников» с заменой генерального директора и других руководителей. Новым руководством, после оценки количества «детских болезней» у опытного образца и разницы в технологиях производства, было принято волевое решение отказаться от продолжения проекта в пользу развития темы АК400 под руководством нового главного конструктора Сергея Уржумцева.
В сентябре 2016 года на форуме «Армия-2016», концерн Калашников представил обновлённую версию АК-12, а также автомат АК-15 под патрон 7,62×39 мм и пулемёт РПК-16 (5,45×39 мм). По словам производителя, конструкция автоматов была пересмотрена для устранения ряда выявленных в ходе испытаний недостатков и удовлетворения рекомендаций заказчика, а также была существенно повышена технологичность и снижена стоимость изготовления. По факту же, вместо доработки ранее представленного опытного образца был предложен образец в развитие темы серийных автоматов ИЖМАШ. При этом, в отличие от проекта АК-400, в новом АК-12 вся механическая часть автомата спроектирована заново в САПР и не совместима с АК-74М. Основной целью перепроектирования было повышение кучности во всех режимах ведения огня при сохранении надёжности работы и технологичности производства.
По состоянию на начало 2017 года в «3-м Центральном научно-исследовательском институте Министерства обороны» продолжали проводиться испытания четырёх автоматов: АК-12, АК-15, А-545 (6П67) и А-762 (6П68).
29 января 2018 года АК-12 принят на вооружение Сухопутных войск, ВДВ и морской пехоты РФ.