T2K là sự kế thừa của thí nghiệm KEK đến Kamioka (K2K), diễn ra từ năm 1999 đến 2004. Trong thí nghiệm K2K, một chùm neutrino muon được tạo ra tại cơ sở KEK ở Tsukuba (Nhật Bản) và được gửi tới máy dò Super-Kamiokande, đặt 250   cách xa km. Các kết quả thí nghiệm K2K khẳng định ở cấp độ tại 99,9985% độ tin cậy (4,3 σ) là sự biến mất của các neutrino muon và cũng phù hợp với các số đo trước các thông số dao động được đo bằng các máy dò Super-Kamiokande cho neutrino khí quyển.[29][30]

Việc xây dựng chùm tia neutrino bắt đầu vào năm 2004 và nó đã được đưa vào vận hành thành công vào năm 2009. Việc xây dựng toàn bộ máy dò INGRID và phần lớn máy dò ND280 (không có phần nòng của nhiệt lượng kế điện từ) đã được hoàn thành vào năm 2009. Phần còn thiếu của nhiệt lượng kế đã được cài đặt vào mùa thu năm 2010. Máy dò xa T2K là máy dò Super-Kamiokande lớn, hoạt động từ năm 1996 và nghiên cứu tuổi thọ proton và dao động của neutrino khí quyển, mặt trời và máy gia tốc.[10]

Thí nghiệm T2K bắt đầu lấy dữ liệu neutrino để phân tích vật lý vào tháng 1 năm 2010, ban đầu với máy dò ND280 chưa hoàn chỉnh và bắt đầu từ tháng 11 năm 2010 với thiết lập đầy đủ. Việc lấy dữ liệu đã bị gián đoạn trong một năm bởi trận động đất lớn Tohoku vào tháng 3 năm 2011. Công suất chùm tia proton, và do đó cường độ chùm neutrino không ngừng tăng lên, đến tháng 2 năm 2020 sức mạnh của 515   kW và tổng số proton tích lũy trên mục tiêu là 3,64 × 10 21 proton [31] với 55% dữ liệu ở chế độ neutrino và 45% ở chế độ antineutrino.