История Павловского автобусного завода началась в 1930 году, когда было принято решение об организации в г. Павлово-на-Оке предприятия, снабжавшего Горьковский автозавод и другие заводы отрасли шоферским инструментом. В 1932 году строительство завода завершилось и до 1952 года инструмент стал главной продукцией будущего ПАЗа. В послевоенные годы руководство завода выступило с инициативой организовать выпуск автобусов на базе грузовика ГАЗ-51. 24 апреля 1952 года завод получил новое название — Павловский автобусный, а 5 августа того же года первые автобусы ПАЗ-651 вышли из заводских ворот. Капотные автобусы на шасси ГАЗ-51 ПАЗ собирал до 1958 года, а затем передал техническую документацию на них Курганскому автобусному заводу.
С 1960 года ПАЗ выпускал автобусы вагонной компоновки (ПАЗ-652, 672), которые широко использовались на местных перевозках на всей территории СССР и с успехом экспортировались в разные страны. С 1989 года по сей день выпускается семейство ПАЗ-3705, включающее около 30 модификаций и составляющее основную часть производственной программы предприятия. 30 июля 1998 года с конвейера сошел 500-тысячный автобус марки ПАЗ, а 4 июня 2001 года на заводе отметили сборку 100-тысячного автобуса ПАЗ-3205. Ежегодный выпуск автобусов этой модели достиг 10 тыс. единиц.
В 2000 году ПАЗ вошел в состав холдинга «РусПромАвто» (с 2006 года — «Группа ГАЗ»), и в том же году в эксплуатацию были введены новые мощности для производства городских и междугородных автобусов большого и среднего класса ПАЗ-5272 (на шасси КАМАЗ) и ПАЗ-4230 «Аврора».
В результате реструктуризации модельного ряда «Группы ГАЗ» модель ПАЗ-5272 вскоре сняли с производства, автобусы ПАЗ-4230 «Аврора» были переданы для сборки на Курганский автобусный завод, а ПАЗу было предписано освоить выпуск новой гаммы автобусов малого класса. В настоящее время завод освоил выпуск удлиненной версии ПАЗ-3205 (ПАЗ-4234), городского полунизкопольного автобуса ПАЗ-3237 и новой модели ПАЗ-3204 (с 2009 года выпускается также упрощенная версия с рессорной подвеской обоих мостов). В 2007 году на площадях ПАЗа СП «Русские автобусы Марко» начало сборку из импортируемых машинокомплектов средних автобусов Real длиной 7,9 м.