บริษัทเทสลาวางแผนสร้างโรงงานประกอบรถยนต์ในเมืองแอลบูเคอร์คี รัฐนิวเม็กซิโก ซึ่งเป็นที่ตั้งศูนย์กลางสำหรับการขนส่งสินค้า[4][5] การก่อสร้างควรจะเริ่มในเดือนเมษายน 2550 แต่ถูกยกเลิกไป[6] ได้มีการประกาศตั้งโรงงานแยกต่างหากในโครงการกรีนฟิลด์ที่จะสร้างในเมืองซานโฆเซ รัฐแคลิฟอร์เนีย[7] อย่างไรก็ตามงบประมาณการก่อสร้างถูกระงับ บริษัทจึงได้มองหาทางเลือกใหม่ Tesla ยังยกเลิกการเลือกโรงงาน NUMMI เนื่องจากมีขนาดใหญ่เกินไปและมีราคาแพง[8]

บางส่วนของโรงงานในปัจจุบันได้เปิดดำเนินการเป็นโรงงานประกอบรถยนต์ฟรีมอนต์ของ GM ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2505 ถึง 2525 และระหว่าง พ.ศ. 2527-2552 ใช้เป็นโรงงานผลิตของบริษัท นิวมอเตอร์ยูไนเต็ดแมนูแฟคเจอริง (NUMMI)[9] อันเป็นการร่วมมือกันระหว่างบริษัทเจเนรัลมอเตอร์ และโตโยต้า[2][10] ผลิตรถยนต์ส่วนบุคคลและรถบรรทุกได้ 428,633 คันในปี พ.ศ 2549[11] มีความพยายามในการใช้สถานที่นั้นต่อหลังปี 2553 รวมไปถึงการประกาศข้อเสนอของบริษัทสตาร์ตอัพ ออริกามอเตอร์ส (Aurica Motors) รัฐได้ประกาศให้สิ่งจูงใจแก่โตโยต้า รวมทั้งการสร้างสนามฟุตบอล แต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จใด ๆ นายกเทศมนตรีเมืองฟรีมอนต์มองว่าพื้นที่ดังกล่าวร้างแล้ว[12]

โรงงานตั้งอยู่ที่เขตฟรีมอนต์ใต้ระหว่างสถานี Warm Springs BART[13] และทางหลวงรัฐแคลิฟอร์เนียหมายเลย 262 เชื่อมต่อหมายเลย I880 กับ I680 ทางรถไฟของยูเนียนแปซิฟิก (Union Pacific) มีรางยาวไปถึงโรงงาน[14][15] สำหรับส่งมอบรถที่ประกอบเสร็จแล้ว[16] การขนส่งสินค้าทางรถไฟยังถูกใช้รับแบตเตอรี, ชุดชิ้นส่วนส่งกำลังขับเคลื่อนล้อ (drivertrains) ของรุ่นโมเดล 3 และชิ้นส่วนอื่น ๆ มาจากโรงงานกิกะแฟกตอรี (Gigafactory)[17]

เมื่อวันที่ 10 พฤษภาคม 2553 บริษัทเทสลา และโตโยต้า ประกาศเป็นหุ้นส่วนกันที่จะทำการพัฒนายานพาหนะไฟฟ้า และร่วมมือกันบนโครงการ "การพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า ชิ้นส่วน และระบบการผลิต และการสนับสนุนด้านวิศวกรรม" รวมไปถึงเทสลาได้ซื้อบางส่วนของพื้นที่โรงงานเก่าของ NUMMI โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยอาคารโรงงาน[18][19] ในราคา 42 ล้านดอลลาร์สหรัฐ[20]

เทสลาเข้าครอบครองพื้นที่อย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 19 ตุลาคม 2553[12] และเปิดดำเนินการวันที่ 27 ตุลาคม[3] ทางการรัฐแคลิฟอร์เนียได้สนับสนุนการรื้อฟื้นดังกล่าวโดยคาดหวังรายได้ภาษีจากงานที่ได้สนับสนุนไป[21][22] การส่งมอบรถเทสลารุ่น S ครั้งแรกแบบค้าปลีกจัดขึ้นระหว่างการจัดงานพิเศษที่โรงงานเทสลาเมื่อวันที่ 22 มิถุนายน พ.ศ. 2555[23]