Aufgrund von geologischen Untersuchungen im Raum Erfurt-Arnstadt-Ilmenau vermutete man gegen Ende des 19. Jahrhunderts auch in der Nähe von Stadtilm Vorkommen an Salz. Probebohrungen erbrachten in etwa 500 m Teufe den Nachweis eines Steinsalzlagers von ca. 100 m Mächtigkeit. Bereits 1894 wurden zwei Betriebsbohrungen bei Dörnfeld niedergebracht.
Im Dezember 1901 erteilte das Fürstlich Schwarzburgische Ministerium des Inneren die Genehmigung zur Errichtung einer Saline in Stadtilm. Daraufhin wurde im Jahr 1902 die Gewerkschaft "Schwarzburger Salinen" gegründet. Im Jahr 1903 begann die Errichtung der Saline sowie der Außenanlagen. Aus verkehrstechnischen Gründen wählte man einen Standort in der Nähe des Bahnhofes Stadtilm. Über ein eigenes Anschlussgleis konnten so die benötigten großen Mengen an Kohle antransportiert und das hergestellte Siedesalz versandt werden.
Im April 1905 floss die erste Sole durch die etwa 7 km lange Leitung von Dörnfeld nach Stadtilm. Die Produktionskapazität lag seinerzeit unter 3.000 t/a. Mit der Umwandlung in eine Aktiengesellschaft sowie mit technischen Verbesserungen, wie der Inbetriebnahme einer dritten Produktionsbohrung, gelang es in den Folgejahren die Produktion auf etwa 10.000 t/a zu steigern.
Im Jahr 1936 erfolgte die Umfirmierung zur Thüringer Salinen AG, seinerzeit bestehend aus den Salinen Stotternheim, Bad Salzungen und Oberilm. Mit dem Niederbringen einer weiteren Bohrung und dem Übergang zu besseren Trocknungsverfahren konnte die Produktion auf über 12.000 t/a gesteigert werden.
Auf Beschluss der Sowjetischen Militäradministration Deutschlands (SMAD) wurde die Saline Oberilm im Jahr 1945 beschlagnahmt und 1948 enteignet. 1952 erfolgte ihre Umwandlung in einen Volkseigenen Betrieb und später die Eingliederung in die Vereinigung Volkseigener Betriebe (VVB) KALI. Die Saline Oberilm überstand als einzige Pfannensaline den Schließungsprozess aller anderen Salinen in der DDR in den 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts. Durch Modernisierung der Pfannenanlage, z. B. infolge des Einsatzes von Zentrifugen, gelang eine Kapazitätserhöhung auf etwa 16.000 t/a.
Ab 1971 gehörte die Saline Oberilm zum Volkseigenen Betrieb (VEB) Kali- und Steinsalzbetrieb Saale mit Sitz in Staßfurt. In den Jahren 1977 - 1979 wurde im Werk Oberilm eine Produktionsanlage für hochreines Natriumchlorid errichtet. Die Saline war für dieses Produkt Alleinhersteller in der DDR.
Nach der politischen Wende schlossen sich zunächst das Steinsalzwerk Bernburg und die Saline Oberilm im Jahr 1990 zur Mitteldeutschen Salzwerke GmbH zusammen. Im Jahr 1993 wurde der Salinenbetrieb als Saline Oberilm GmbH & Co. KG bei Übernahme aller Arbeitskräfte privatisiert. Ab 1994 erfolgte aus Umweltschutzgründen der Umbau der ersten Siedepfanne von Rohbraunkohle auf Erdgas. Gleichzeitig wurde die Konfektionierung des Siedesalzes Schritt für Schritt modernisiert.
Mit der Saline Oberilm wurde am 15.01.1999 der letzte Salinenbetrieb Thüringens zur Produktion von Siedesalz stillgelegt.