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El Arsenal Picatinny se encargó de crear una pieza de artillería con capacidad nuclear en 1949. Robert Schwartz, el ingeniero que creó los diseños preliminares, esencialmente amplió el proyectil de 240 mm (entonces el máximo en el arsenal) a 280 mm y utilizó el cañón de ferrocarril K5 alemán de tamaño similar como punto de partida para el vagón. (El nombre Atomic Annie probablemente deriva del apodo Anzio Annie dado a un par de cañones alemanes K5 que se emplearon contra los desembarcos estadounidenses en Italia. El diseño fue aprobado por el Pentágono, en gran parte a través de la intervención de Samuel Feltman, jefe de la sección de balística de la división de investigación y desarrollo del departamento de artillería. Siguió un esfuerzo de desarrollo de tres años. El proyecto se desarrolló lo suficientemente rápido como para producir un modelo de demostración para participar en el desfile inaugural de Dwight D. Eisenhower en enero de 1953. El cañón fue designado inicialmente T131 y el carro fue T72.
El cañón fue transportado por dos tractores especialmente diseñados de la misma manera que los vagones Schnabel de ferrocarril. Ambos tractores eran capaces de dirigir de forma independiente a la manera de algunos camiones de bomberos extra largos. Cada uno de los tractores tenía una potencia nominal de 375 caballos de fuerza (280 kW), y la combinación un tanto incómoda podía alcanzar velocidades de 35 millas por hora (56 km/h) y negociar giros en ángulo recto en carreteras pavimentadas o llenas de 28 pies (8,5 m) de ancho. La pieza de artillería podía fabricarse sin fabricar en 12 minutos, y luego volver a la configuración de viaje en otros 15 minutos. El arma se desplegó bajándola de los tractores a tierra nivelada. Todo el conjunto de la pistola estaba equilibrado en una junta de bola y casquillo para que pudiera girarse alrededor de la placa de apoyo. La travesía estaba limitada por una oruga curva colocada debajo de la parte trasera del cañón.
El 25 de mayo de 1953 a las 8:30 a.m., el cañón atómico fue probado en el Sitio de pruebas de Nevada (específicamente en Frenchman Flat) como parte de la serie de pruebas nucleares Upshot–Knothole. A la prueba, con nombre en código «Grable», asistieron el Presidente delegado del Estado Mayor Conjunto, Almirante Arthur W. Radford, y el Secretario de Defensa de los Estados Unidos, Charles Erwin Wilson; el resultado fue la detonación exitosa de un proyectil de 15 kt (63 TJ) (ojiva W9) a un alcance de 7 millas (11 km). Este fue el primer y único proyectil nuclear que se disparó desde un cañón. (El disparo de prueba Little Feller 1 de un W54 usaba un sistema de armas Davy Crockett, que era un arma de cañón liso sin retroceso que disparaba la ojiva montada en el extremo de una espita insertada en el cañón del arma.)
Después de la prueba exitosa, se fabricaron al menos 20 cañones en los Arsenales de Watervliet y Watertown, a un costo de 800.000 dólares cada uno. Fueron desplegados en el extranjero a Europa y Corea, con frecuencia se desplazaban para evitar ser detectados y atacados por fuerzas opuestas. Debido al tamaño del aparato, su alcance limitado, el desarrollo de proyectiles nucleares compatibles con piezas de artillería existentes (el W48 para el de 155 mm y el W33 para el de 203 mm), y el desarrollo de artillería nuclear basada en cohetes y misiles (como los misiles nucleares tácticos Little John y Honest John), el M65 quedó obsoleto poco después de su despliegue. Sin embargo, siguió siendo un arma de prestigio y no se retiró hasta 1963.