Puiset lankarullat olivat Kaukaan tehtaiden ainoa tuote vuoteen 1896 asti. Tällöin rakennettiin ensimmäinen sulfiittiselluloosatehdas. Tarkoituksena oli saada rullatehtaan tuotannon puuraaka-aineen sivuvirrat hyötykäyttöön, eli tuottamaan sellunvalmistusprosessissa tarvittavaa lämpöä ja höyryä.
Tehtaan rakennustyöt aloitettiin kesällä 1896 ja tehdas käynnistyi seuraavan vuoden maaliskuussa. Koneet tehtaalle ostettiin Yhdysvalloista, Saksasta ja Norjasta. Työntekijöille rakennettiin myös asuntoja: aluksi kymmenen taloa, myöhemmin myös kansakoulu ja lukusali.
Tehtaan tuotanto kasvoi nopeasti. Kun tuontisellulle asetettiin tulli vuonna 1903, eikä kotimainen sellutehtaiden tuotanto riittänyt tyydyttämään suomalaisen paperiteollisuuden tarpeita, päätettiin toisen sulfiittisellutehtaan rakentamisesta. 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 kysyntä laski ja selluloosan merkitys yhtiön tuotannossa ja taloudessa kasvoi entisestään. Maailmansotien välisenä aikana tuotantoa laajennettiin jatkuvasti. 1920-luvun puolivälissä keinosilkkiteollisuudessa avautui uusia markkinoita, kun Italian, Ranskan, Japanin ja Englannin kasvava keinosilkkiteollisuus tarvitsi suuret määrät silkki- eli liukosellua. Vuonna 1934 Kaukaalla päätettiinkin, että valkaistua sellua valmistettaisiin vain keinosilkkiteollisuutta varten. Laadun varmistamiseksi sellutehtaiden yhteyteen rakennettiin silkkisellun valmistuksen koelaitos, joka tuotti pieniä eriä keinosilkkiä myös myyntiin.
Silkkisellun hinnat laskivat 1950-luvun loppupuolella, ja sen valmistukseen tarvittavasta kuusipuusta käytiin kovaa kilpailua. Sulfaattisellua valmistava selluloosatehdas päätettiin rakentaa vuonna 1961. Uusi mänty- ja lehtipuusellua tuottava tehdas valmistui Kaukaan entiselle propsipuukentälle vuonna 1964. Sulfaattitehdas osoittautui onnistuneeksi investoinniksi.
Tehdasta laajennettiin ensimmäisen kerran 1970-luvun alussa, jolloin rakennettiin paperinvalmistukseen tarvittavaa pitkäkuituista mäntymassaa valmistava linja. Samoihin aikoihin sulfiittisellun tuotanto lopetettiin.
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 juhlittiin sellutehtaan 20 000 000 tonnin juhlapaalia, joka oli valmistettu koivusta. Sellutehdasta uudistettiin vuosina 2016 ja 2018. Vuonna 2022 Kaukaan sellutehtaalla lopetettiin koivusellun valmistaminen, jolloin tehtaasta tuli UPM:n suurin havusellutehdas. Nykyisin sellua tuotetaan noin kahdessa päivässä sama määrä kuin tehtaan alkuaikoina vuodessa. Tehtaaseen on investoitu yli 100 miljoonaa euroa.
Selluloosan valmistus on ja on ollut osa Kaukaan toimintaa. Nykyään sellutehtaalla työskentelee noin 250 henkilöä. Iso osa sellusta menee vientiin. Osa tehtaan tuottamasta sellusta käytetään Kaukaan omalla paperitehtaalla ja muilla UPM:n tehtailla.
