Puiset lankarullat olivat Kaukaan tehtaiden ainoa tuote vuoteen 1896 asti, jolloin rakennettiin ensimmäinen sulfiittiselluloosatehdas. Tarkoitus oli saada rullatehtaan tuotannon puuraaka-aineen sivuvirrat hyötykäyttöön, eli tuottamaan selluloosaprosessissa tarvittavaa lämpöä ja höyryä.
Tehtaan rakennustyöt aloitettiin kesällä 1896 ja tehdas käynnistettiin seuraavan vuoden maaliskuussa. Tehtaan koneet ostettiin Yhdysvalloista, Saksasta ja Norjasta. Työntekijöille rakennettiin myös asuntoja, aluksi kymmenen taloa, ja myöhemmin rakennettiin myös kansakoulu ja lukusali.
Tehdas toimi alun jälkeen hyvin ja tuotanto kasvoi nopeasti. Kun tuontisellulle asetettiin vuonna 1903 tulli, eikä kotimainen sellutehtaiden tuotanto riittänyt tyydyttämään suomalaisen paperiteollisuuden tarpeita, päätettiin Kaukaalla rakentaa toinen sulfiittiselluloosatehdas vanhan viereen. Rakennustyöt alkoivat vuonna 1904 ja tehdas valmistui seuraavana vuonna. Jo ensimmäisen kymmenen vuoden aikana tuotantoa myytiin muun muassa Yhdysvaltoihin, Saksaan ja Venäjälle.
1920-luvulla lankarullien menekki laski ja selluloosan merkitys yhtiön tuotannossa ja taloudessa kasvoi entisestään. Maailmansotien välisenä aikana tuotantoa laajennettiin jatkuvasti. 1920-luvun puolivälissä avautui uusia markkinoita keinosilkkiteollisuudessa. Italian, Ranskan, Japanin ja Englannin kasvava keinosilkkiteollisuus tarvitsi suuret määrät silkki- eli liukosellua. Kaukaalla päätettiinkin vuonna 1934, että valkaistua sellua tehtäisiinkin vain keinosilkkiteollisuutta varten. Laadun varmistamiseksi rakennettiin sellutehtaiden yhteyteen pieni silkkisellun valmistuksen koelaitos, joka tuotti pieniä keinosilkkieriä myös myyntiin.
1950-luvun loppupuolella tilanne muuttui ja silkkisellun hinnat laskivat, ja sen valmistukseen tarvittavasta kuusipuusta käytiin kovaa kilpailua. Kaukaalla päätettiin vuonna 1961 rakentaa sulfaattisellua valmistava selluloosatehdas. Uusi mänty- ja lehtipuusellua tuottava tehdas valmistui Kaukaan entiselle propsipuukentälle vuonna 1964. Sulfaattitehdas osoittautui onnistuneeksi investoinniksi.
1970-luvun alussa tehdasta laajennettiin ensimmäisen kerran, jolloin rakennettiin paperinvalmistukseen tarvittavaa pitkäkuituista mäntymassaa valmistava linja. Samoihin aikoihin, vuonna 1971, lopetettiin sulfiittisellun tuotanto. 1980-luvun alussa jo 20 vuotta toiminut sulfaattiselluloosatehdas saneerattiin perusteellisesti. 1990-luvulla tehtiin uusia investointeja: soodakattilalaitos ja jäteveden puhdistus modernisoitiin ja vuonna 1996 valmistui uusi havukuitulinja, jonka yhteydessä uusittiin myös kaustisointi ja meesauuni, sekä koivulinjan keitto ja kuivaus.
Joulukuussa 2010 tehtaalla juhlittiin sellutehtaan 20 000 000 tonnin juhlapaalia, joka oli valmistettu koivusta. 2010-luvulla sellutehdasta uudistettiin vuosina 2016 ja 2018, ja tehtaaseen on investoitu yli 100 miljoonaa euroa. Vuonna 2022 Kaukaan sellutehtaalla lopetettiin koivusellun valmistaminen, ja samalla tehtaasta tuli UPM:n suurin havusellutehdas. Nykyisin sellua tuotetaan noin kahdessa päivässä sama määrä kuin tehtaan alkuaikoina vuodessa.
Selluloosan valmistus on ja on ollut osa Kaukaan toimintaa. Sellutehtaalla työskentelee noin 250 henkilöä. Osa tehtaan tuottamasta sellusta käytetään Kaukaan omalla paperitehtaalla ja muilla UPM:n tehtailla, ja lisäksi iso osa sellusta menee vientiin.
