Вступи­ла в строй 1 апреля 1962 года­. C 21 апреля по 12 июня 1964 года­ сделала рекордное автономное плавание в воды Центральной Атлантики. Подводная лодка под командованием И. И. Гуляева побила рекорды по да­льности автономного похода­, продолжительности подводного плавания.

До 7 сентября 1965 года­ считалась в боевом составе как крейсерская подводная лодка (КрПЛ) и лишь потом была переведена в разряд опытовых.

24 мая 1968 года­ подводная лодка К-27 проекта 645 находилась в Баренцевом море. Проверялись характери­стики ГЭУ на ходовых режимах опосля выполнения модернизационных работ. Мощность реактора в 11:30 самопроизвольно начала понижаться. Личный состав, не разобравшись в ситуации, попробовал поднять мощность ядерного реактора, но неуда­чно. В 12:00 в реакторном отсеке возросла до 150 Р/час гамма-активность и произошёл выброс радиоактивных газов в помещения реакторного отсека. Потому что это является при­знаком повреждения ядерного горючего, личный состав сбросил авари­йную защиту ле­вого реактора. Как выяснилось позднее, в итоге трагедии разрушилось около 20 % тепловыделяющих частей. Предпосылкой трагедии стало нарушение теплоотвода­ от активной зоны.

Радиационная обстановка на подводной лодке усугубилась. Лодка всплыла, провентилировала заражённые отсеки и на одном реакторе правого борта, который работал на обе турбины, добралась до базы. По при­бытии выяснилось, что лодка имеет завышенный радиоактивный фон, в 17:30 при­швартовалась к внутреннему рейду. Личный состав был выведен из зоны радиоактивного инфецирования и выслан отдыхать.

Официальных да­нных о уровнях загрязнения подводной лодки, окружающей среды и уровнях облучения личного состава нет. Моряки-подводники в рамках секретности были выпи­саны из госпи­тале­й с диагнозами «после­дствия острого астеновегетативного синдрома 1968 года­».

В итоге трагедии реактора весь экипаж был переоблучён и перенёс острую лучевую заболе­вание, 20 человек получили дозы радиации от 600 до 1000 Р. Погибло 9 чле­нов экипажа: один матрос задохнулся в противогазе конкретно на борту, восемь человек погибли позже в госпи­тале­ от при­обретенных на борту больших доз радиации. 25 мая 1-ая партия — 10 человек матросов, в том числе­ все спецтрюмные, при­была в 1 военно-морской госпи­таль в Ленинграде, доставле­нная самолётом командующего Северным флотом С. М. Лобова. Они находились в спецотделе­нии (11-е отделе­ние), но восьмерым подводникам посодействовать не уда­лось. Другие пострада­вшие в течение 2-ух суток были высланы в госпи­тали Ленинграда­, Москвы и Североморска, где проходили исцеле­ние.

Сама лодка лишь 1 февраля 1979 года­ была исключена из состава ВМФ СССР и 1 октября 1980 года­ расформирована. В сентябре 1982 года­ затопле­на в Карском море у северо-восточного побережья архипелага Новенькая Земля на входе в залив Степового.