การผลิตยานพาหนะชุดแรกของโรงงานเป็นเทสลา รุ่น S รถยนต์ซีดานใช้ไฟฟ้าแบตเตอรีล้วน ในปี พ.ศ. 2554 เทสลาเปลี่ยนจากรุ่นที่ประกอบด้วยมือ 20 "alpha builds" ไปเป็น 50 "beta builds"[51] การผลิตและการตรวจสอบการสร้างรถยนต์ทั้งหมดทำที่โรงงานเทสลา รถเหล่านั้นยังใช้ระบบที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การทดสอบทางวิศวกรรม และการทดสอบการชนและได้รับการรับรองโดยรัฐบาลกลาง[52] เทสลาคาดหวังที่จะผลิตรุ่น S ซีดาน ประมาณ 5,000 คันในปี พ.ศ. 2555 พร้อมด้วยการผลิตอย่างก้าวกระโดดไปที่ 20,000 คันในปี 2556 ถ้าจำเป็น[53][54] ครั้งแรกของการจำหน่ายปลีกได้ส่งมอบรถรุ่น S ในระหว่างการจัดงานพิเศษที่โรงงานเทสลา เมื่อวันที่ 22 มิถุนายน 2555[23]

การผลิตเติบโตขึ้นจากการผลิตได้ 15-20 คัน ต่อสัปดาห์ในเดือนสิงหาคม 2555[55] เพิ่มขึ้นเป็น 200 คันในเดือนพฤศจิกายน[56] และ 400 คันในปลายเดือนธันวาคม[57][58] และในปลายเดือนนั้นเทสลาได้ปรับลดการส่งมอบในปี 2555 ของพวกเขาลงเหลือ 2,500 คัน[59]

การส่งมอบรถอยู่ที่ 6,892 คันในสามเดือนสุดท้ายของปี 2556[60] ในเดือนธันวาคมปี 2556 รัฐแคลิฟอร์เนียประกาศให้เทสลาลดหย่อนภาษี 34.7 ล้านได้ สำหรับการขยายการผลิตไปที่ประมาณ 35,000 คันต่อปีจากโรงงานในฟรีมอนต์ รัฐแคลิฟอร์เนีย[61]

เทสลาประกาศว่าการผลิตได้รับการคาดว่าจะเพิ่มขึ้นจาก 600 คันต่อสัปดาห์ในต้นปี 2557 เป็นประมาณ 1,000 คันต่อสัปดาห์ภายในสิ้นปี[62] เทสลาผลิตได้ 7,535 คันในระหว่างไตรมาสแรกของปี 2557 และคาดว่าจะผลิตได้ 8,500 คันถึง 9,000 คันในไตรมาสที่สองของปี 2557 ซึ่งต้นเดือนพฤษภาคมปี 2557 อัตราการผลิตเป็น 700 คันต่อสัปดาห์[63]

ปี 2558 ผลิตได้ประมาณ 1,000 คันต่อสัปดาห์[64][65] ส่วนใหญ่เป็นคำสั่งซื้อล่วงหน้า มัสก์บอกว่าเฉลี่ยพวกเขาจะเปลี่ยนแปลงเป็นรุ่น S ประมาณ 20 คำสั่งต่อสัปดาห์[66]

การผลิตรถรุ่น X รวมกับรุ่น S ในระหว่างปี 2558[67] หลังจากการปรับโครงสร้างใหม่ของสายการผลิตในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2557[68] รถโมเดล X รุ่นแรกที่ไม่จำเป็นต้องแก้ไขได้รับการผลิตในเดือนเมษายน 2559[69] เทสลาย้ายเครื่องมือหนักบางส่วนของโรงงานไปยัง Tilburg ซึ่งเป็นโรงงานประกอบขั้นสุดท้ายในเนเธอร์แลนด์ในปี 2558[70]

ในเดือนกรกฎาคมปี 2558 เทสลาประกาศว่าโรงงานส่งมอบได้ทั้งหมดรวม 21,537 คันในครึ่งแรกของปี 2558 ยานพาหนะทั้งหมดถูกผลิตขึ้นที่โรงงานฟรีมอนต์[71]

ในเดือนพฤษภาคมปี 2559 เทสลาซึ่งบริษัทมีมูลค่าหุ้นเพิ่มขึ้นเป็น 1.46 พันล้านเหรียญ ได้ลงทุน 1.26 พันล้านเหรียญเพื่อเตรียมการผลิตรถในรุ่นโมเดล 3 โดยกำหนดไว้ปลายปี 2560[72][73] เปลี่ยนแปลงจากการผลิตเป็นแบบซีรีส์โมเดล S และโมเดล X ไปเป็นแบบการผลิตแบบจำนวนมาก (mass production) คือโมเดล 3 ซึ่งถูกมองโดยผู้เชี่ยวชาญว่าเป็นก้าวย่างที่สำคัญ[74] เทสลาระบุไว้ในเดือนพฤษภาคม ปี 2559 ว่ายังไม่มีศักยภาพถึงขั้นนั้นและจำเป็นที่จะต้องหามา[75] ซึ่งส่วนหนึ่งได้เข้าซื้อกิจการของ Grohmann Automation ในปี 2559[76] ในขณะที่รถยนต์เปิดประทุนต้องล่าช้าไป 9 เดือน รถโมเดล S ช้าไปมากกว่า 6 เดือน และโมเดล X ช้าไปมากกว่า 18 เดือน[77] นักวิเคราะห์ประมาณการว่าในเดือนธันวาคม ปี 2559 การเตรียมการผลิตรถโมเดล 3 น่าจะได้กำหนดการในช่วงครึ่งหลังของปี พ.ศ. 2560[78]

ในวันที่ 3 เดือนตุลาคม ปี 2559 เทสลาประกาศว่ามันได้ผลิตอย่างสม่ำเสมอที่ 2,000 คันต่อสัปดาห์ในช่วงสิ้นไตรมาสที่ 2 ของปี 2559[79][80] พนักงานประมาณ 2,500 คนทำงานกะกลางวันและ 2,000 คนเข้ากะกลางคืน[40]

เทสลาผลิตชิ้นส่วนเองหลายส่วน ซึ่งเป็นเรื่องไม่ปรกติในธุรกิจรถยนต์ เทสลายังทำงานร่วมกับซัพพลายเออร์ 300 รายทั่วโลก ในจำนวนนั้นมีซัพพลายเออร์ 50 รายในแคลิฟอร์เนียตอนเหนือ และ 10 รายในบริเวณเขตอ่าวซานฟรานซิสโก[81] ซัพพลายเออร์ SAS ผู้ผลิตแผงควบคุมของเทสลา เช่าอาคารขนาด 142,188 ตารางฟุตใกล้โรงงาน เริ่มต้นในเดือนมกราคมปี 2560 โดยมีพนักงาน 200 คน[82] ซัพพลายเออร์อื่น ๆ เปิดโรงงานในพื้นที่ใกล้เคียงกับเทสลารวมถึงบริษัท Eclipse Automation และ Futuris Automotive Group[83] เทสลาผลิตเบาะที่นั่งจำนวนมากที่โรงงานผลิตเบาะที่นั่งของตัวเองห่างจากโรงงานหลักไม่กี่ไมล์[84]

ในปี 2563 เทสลาได้ดำเนินการลดการผลิตในโรงงานเซี่ยงไฮ้และฟรีมอนต์เนื่องจากเป็นช่วงการระบาดของไวรัสโคโรนา โรงงานที่เซี่ยงไฮ้กลับมาผลิตอีกครั้งในวันที่ 10 กุมภาพันธ์ ในขณะที่โรงงานที่ฟรีมอนต์และนิวยอร์กลดกิจกรรมลงในวันที่ 24 มีนาคม[85][86][87] ในวันที่ 9 พฤษภาคมเทสลาฟ้องเขตอาลาเมดาเพื่อบังคับให้เปิดโรงงานที่ฟรีมอนต์อีกครั้ง[88] เทสลาบอกพนักงานว่าได้รับการอนุมัติให้เริ่มการผลิตใหม่ในช่วงเริ่มต้นสัปดาห์ของวันที่ 18 พฤษภาคม[89] และมีการยื่นฟ้องคดีดังกล่าวเมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม[88]