В 1719 году Петр Первый решил, что плотина на реке Сестре нужна для более важных целей: «под тою же плотиною для дела якорей, ружья, и протчего действующие водой машины». Осенью 1720 года крупный специалист в области горного дела, военной техники и металлургии полковник Вильям Геннин показал Петру I «чертежи сестрорецкие», и в январе 1721 года началось строительство оружейного завода. В июне этого же года Вильям Геннин был назначен главным строителем. Строили завод солдаты Кронштадтских полков, которые побатальонно направлялись на работы «на треть года».

С 1723 года работы по строительству возглавил полковник Матвей Вырубов. 27 января 1724 года он рапортовал Петру I об открытии завода. Его первыми рабочими стали мастера Олонецких заводов, переселенные сюда со своими семьями.

Оружейный завод со дня своего открытия являлся одним из крупнейших и наиболее технически оснащенных преприятий российского государства. Основу оружейной продукции того времени составляли мушкетоны, пистолеты, пищали, пушки, шпаги и палаши.

Нередко заводу приходилось выполнять «непрофильные» заказы. Они до сих пор поражают искусством и мастерством исполнения. Это Китайские мостики в Царском Селе, парадные ворота Екатерининского и решетка Воронцовского дворцов, железные мостики в Таврическом саду, ныне хранящаяся в Эрмитаже серебряная рака для останков Александра Невского, медные гробницы для погребения императриц Анны Иоанновны и Елизаветы Петровны, «Папинова машина» для химической лаборатории Михайло Ломоносова.

16 сентября 1756 года на заводе был открыт Монетный двор, где в течение десяти лет чеканили медные монеты. Отчеканенных за это время денег хватило на покрытие государственного долга Елизаветы Петровны. Большой редкостью является изготовленный на заводе малым тиражом Сестрорецкий рубль весом 919 граммов.

В июле 1792 года завод инкогнито посетил великий русский полководец А.В.Суворов. После трех дней пребывания в Сестрорецке и проживания в доме одного из мастеров завода, прославленный военачальник отметил высокое качество производимого оружия, отличный порядок и благоустройство мастерских.

С 1894 по 1902 годы начальником завода был прославленный конструктор, генерал-майор Русской армии Сергей Иванович Мосин, изобретатель знаменитой «трехлинейки» –  винтовки, прослужившей российскому и советскому солдату верой и правдой почти до середины 1950-х годов. Под руководством С.И.Мосина завод был расширен, пополнен новым оборудованием, переведен на электроэнергию, здесь был создан специальный инструментальный отдел.

При поддержке Сергея Ивановича при заводе были открыты оружейное училище и библиотека, проводились культурно-просветительные мероприятия. Знаменитый оружейник умер от воспаления легких в 1902 году и покоится на Сестрорецком кладбище, рядом с часовней Александра Невского. В 2001 году на пересечении улиц Воскова и Мосина был торжественно открыт памятник С.И.Мосину.

С 1907 по 1918 годы на заводе работали изобретатели русского автоматического стрелкового оружия: В.Т.Федоров, В.П.Коновалов, Я.У.Рощепей, А.А.Дегтярев, Ф.В.Токарев.

В годы революции и гражданской войны Сестрорецкий оружейный завод становится одним из главных арсеналов по производству оружия для Красной гвардии.

19 ноября 1922 года завод был «демобилизован» и на базе инструментальных и лекальных мастерских начал производство мерительного, а также металлорежущего инструмента. «СИЗ» стал первым инструментальным заводом в России и СССР.

7 марта 1923 года по ходатайству рабочих Сестрорецкому инструментальному заводу присвоено имя С. П. Воскова.

16 июня 1925 года Сестрорецку присвоен статус города.

Сегодня все три знаковых для Сестрорецка объекта: озеро Сестрорецкий Разлив, оружейный завод и парк «Дубки» — включены Советом ЮНЕСКО в список объектов Всемирного наследия.