發展沿革
1952年，美國陸軍基於第二次世界大戰期間自行火炮的運用經驗，認為有必要發展一種更具打擊能力和機動性能的自行火炮，取代現役的M44 155毫米自行火炮，以滿足未來戰場上的非直射火力支援需求。
1954年6月，美國陸軍決定下一代自行火炮的研發計畫內容，分別是T195 110毫米自行火炮及T196 156毫米自行火炮。1955年6月，研發計畫修正，T196自行火炮的口徑改為155毫米，並與T195自行火炮共用相同的底盤及炮塔，以簡化後勤支援。
1959年T196自行火炮第一輛原型車出廠，後因美國陸軍於1959年決定未來所有裝甲戰鬥車輛的引擎全部改用柴油引擎，T196自行火炮也進行必要的動力系統重新設計與更換，換裝柴油引擎的T196改稱T196E1。
1961年10月，凱迪拉克汽車公司獲得美國陸軍授予的契約，於克利夫蘭陸軍坦克廠（Cleveland Army Tank Plant）進行T196E1自行火炮量產工作。
1963年7月，T196E1自行火炮初期測評（IOT&E）及操作測評（OT&E）結束，美國陸軍正式給予M109制式編號，全名是M109 155毫米中型自走榴彈炮（Howitzer，Medium，Self-propelled：155mm M109），並正式進入美國陸軍服役。同年，M109量產契約改授予克萊斯勒汽車公司。
技術特點
基本性能
M109自行榴彈炮車體結構由鋁質裝甲焊接而成，但全車未采密閉設計，亦未配備核生化防護系統，但具備兩棲浮游能力。未準備的狀況下可直接涉渡1.828米深的河流，如加裝呼吸管等輔助裝備，則可以每小時約6公里速度進行兩棲登入作業。全車可搭載乘員6人（車長、射手、3名彈藥裝填手及駕駛），駕駛艙位於車身左前方，設有3具M45潛望鏡供駕駛使用，具有夜視裝備可於夜間使用。車長艙口位於炮塔右側，裝有一具M2 12.7毫米機槍架，可360度旋轉射擊。炮鋤無裝置動力釋放裝置，射擊前必須以手動操作。
動力系統採用底特律柴油引擎公司M8V-71T液冷式渦輪增壓、二衝程八汽缸柴油引擎，傳動系統則採用通用汽車公司艾利森變速箱部門XTG-411-4A交叉驅動變速箱。
火炮部分採用一門M126 155毫米23倍徑榴彈炮，射擊高爆榴彈時最大射程14,600米，射速1發/分，衝刺射速則為3發/分。炮塔兩側各有一扇艙門，後方有二扇艙門供彈藥補給使用。
輔助武裝除1挺M2 12.7毫米機槍外，另可加裝Mk19 Mod3 40毫米榴彈發射器、M60 7.62毫米機槍或M240 7.62毫米機槍。
結構特點
車體側面豎直，前上裝甲傾斜，水平車頂一直延伸至車後。駐鋤裝於車體後部車門兩側；
炮塔較大，裝於車體後部，炮塔正面傾斜，側面和後面豎直。炮管較長，裝有清煙器和雙擋板炮口制退器，行進時炮管從車體懸出。頂部裝有一挺12.7毫米高射機槍；車體兩側各有七個較小的負重輪，主動輪前置，誘導輪後置，無托帶輪。
衍生型號
M109
1963年開始量產，於M127炮座內裝設1門M126 155毫米23倍徑榴彈炮，炮塔內可攜帶28發彈藥。輔助武裝為1挺M2 12.7毫米機槍，備彈500發。
M109A1 / A1B
M109自行榴彈炮以M126A1 155毫米23倍徑榴彈炮取代原先使用的M126榴彈炮，以獲得較長的有效射程。炮塔和攜帶彈藥數與M109相同。部分於晚期外銷的A1構型M109自行火炮，車體經過強化，稱為A1B構型。
M109A2
可靠度、可運用性和可維修性中期壽限改良計畫（Reliability, Availability, and Maintainability mid-life improvement），改良範圍包括承載系統、駐退復進裝置、主炮俯仰及炮塔迴旋裝置、彈藥裝填桿、引擎操作警告系統，並於炮塔後方增設儲彈架。外觀上最明顯的差異，是改用1門M185 155毫米39倍徑榴彈炮，裝置於M178炮座上。射擊高爆榴彈時最大射程增加為18,100米，發射彈底噴氣彈時最大射程增加為23,700米。彈藥攜帶量增加為36發，機槍備彈數仍為500發。
M109A3/A3B
A1和A1B構型以A2構型標準進行性能提升後，即為A3構型。除A2構型的配備外，並增加火炮歸零調整器、引擎燃油空氣混合調節器、駕駛儀表顯示板、炮塔儲物架、推進藥包儲藏艙、改良型扭力桿承載系統、改良型駐退復進緩衝活塞。由於仍沿用M185 39倍徑炮管，所以射程方面與A2構型相同。部分A3構型經過裝甲強化後，稱為A3B。
M109A4
A2和A3構型經過核生化防護能力及可靠性暨維修性提升（Nuclear, Biological, and Chemical / Reliability, Availability, and Maintainability，NBC/RAM）計畫改良後，稱為A4構型，提升計畫主要針對炮塔液壓迴旋裝置、動力組件液壓控制系統的濾清器等部分進行改良，同時增加外接電力啟動裝置，大幅提升緊急狀態時的備戰能力。彈藥和火炮部分與A2/A3構型相同。
M109A5
A1到A4構型所使用的火炮其射程已不能滿足作戰需求，美國陸軍於1970年代決定進行火力方面的改良。此改良計畫引進備用組件及改良型武器系統（Reserve Component/Modified Armament System，RC/MAS）套件，可直接運用於A0到A4任一構型上。
這組套件主要包含M284 155毫米39倍徑炮管、M182炮座、乘員核生化防護系統、新柴油引擎（440匹馬力）及變速箱、引擎操控電子偵測設備，並改良炮管俯仰暨炮塔迴旋液壓制動系統。經過提升後的A5構型，射擊高爆榴彈時最大射程22,500米，射擊M203A1彈底噴氣高爆榴彈時最大射程30,000米。
M109A6帕拉丁（Paladin）
1984年1月美國陸軍決定整合榴炮延壽計畫（Howitzer Extended Life Program，HELP）及榴炮改良計畫（Howitzer Improvement Program，HIP）為單一計畫，以確保在下一代自行火炮服役前，仍能擁有較佳戰場存活能力的自行火炮，而經過HELP/HIP改良計畫即是M109A6帕拉丁（Paladin，又譯聖騎士）。
A6構型的炮塔內部加裝凱夫勒（Kevlar）防彈內襯，提高保護乘員的能力；增設半自動彈藥裝填系統，可維持較高的持續射速。此外，A6構型具有其他構型均未配備的自動射擊管制系統（Automatic Fire Control System，AFCS）、全球定位/導航系統系統（Global Position/Navigation System）、單頻地空無線電系統（SINCGARS）、火炮自動射擊管制系統等。因此A6構型可獨立作戰，毋需配合射擊指揮車（Fire Direction Center Vehicle，FDCV）遂行射擊任務；相反的，A6可直接由單頻地空無線電系統獲得射擊命令，射擊管制系統據此計算各項射擊參數，再自動調整火炮俯仰角和射擊方位，開始射擊任務。從接獲射擊命令、完成射擊準備到第一發炮彈發射僅需不到1分鐘。
M109A7PIM現代化升級
由BAE系統製造的聖騎士M109A7新一代火炮系統是經過實戰驗證的M109A6聖騎士火炮系統的重大升級。增強型火炮系統為美軍裝甲旅戰鬥隊（ABCT）在傳統，不對稱和平叛作戰環境下進行的各種潛在作戰任務提供關鍵火力支援。
PIM現代化項目包括對車身，炮塔，發動機和懸掛系統的升級，以提高M109A6火炮系統的可靠性，生存性和性能。升級後的系統能夠在各種氣象條件下提供不受影響的火力支援。PIM加農炮安裝在布雷德利步兵戰車的底盤上。
車組由四名成員組成，全長9.7米，寬3.9米，高3.7米，最大重量35,380千克。它具有數字架構，並結合了車載數字火控系統，為M109A7火炮系統提供火力任務和計算發射數據。它還包括一個位置導航系統和一台具有全面診斷程式的計算機。
新的火控系統可以選擇和定位射擊位置，並解鎖了移動時火炮的自動指向功能·。空間，重量和功率冷卻（SWaP-C）系統也進行了升級。
M109訓練系統
美國陸軍使用的火力支援戰術模擬訓練裝置（Fire Support Combined Arms Tactical Trainer，FSCATT）有2種不同的版本，分別用於訓練A5和A6構型的M109自行火炮乘組員。該系統使用真實的炮塔結構，但使用的卻是虛擬的彈藥系統。瑞士陸軍也使用同樣的系統，但模擬的是KAWEST構型。
M992補給車
野戰炮兵彈藥補給車（Field Artillery Ammunition Supply Vehicle，FAASV）其美軍制式編號為M992，採用M109自行火炮的底盤，用來取代以M113裝甲運兵車為底盤的M548彈藥補給車。由於採用同樣的底盤，兩者的機動力和運動性能大致相同，可以一同在戰場上運動。車內另裝有2具輔助動力裝置（Auxiliary Power Unit，APU），可使M992在不啟動引擎的情況下，仍能提供電力進行彈藥補給作業，大幅減少被發現和攻擊的機率，也減少不必要的燃料消耗。
車體後部的裝甲外箱內部可以裝載90枚各式炮彈（分裝在2個儲放櫃內）、3枚M712銅斑頭（Copperhead）終端雷射導引炮彈、99個推進藥包和104個各式引信。M992上裝置一套自動轉運裝置，可以在人員不離開車輛的情形下，將M109所需的炮彈、推進藥包和引信由M992轉送至M109。這種裝置使M109的乘組員與M992的乘組員不必在敵火的威脅下於車外活動，大幅提升人員的安全性。
依據美國陸軍的規劃，每輛M109A6帕拉丁自行火炮都將配屬一輛M992野戰炮兵彈藥補給車，用以支援自行火炮於戰場上的彈藥需求。
性能數據
| 基本數據 | |
| 重量 | 27.5噸 |
| 長度 | 9.1米 |
| 寬度 | 3.1米 |
| 高度 | 3.3米 |
| 成員 | 4人（車長炮長駕駛員裝填手） |
| 武器系統 | |
| 武備 | M126 155毫米榴彈炮，12.7毫米M2白朗寧重機槍 |
| 射速 | 8發/分 |
| 有效射程 | 24000~30000米 |
| 動力系統 | |
| 發動機 | 底特律柴油公司8V71T二行程液冷渦輪增壓柴油機 |
| 變速箱 | XTG-411A-2A變速箱，四段前進，兩段倒退 |
| 懸掛 | 扭力桿 |
| 最大速度 | 56km/h |
| 行程 | 700km |
服役動態
美國：2006年時有1,137輛A2/A3/A4/A5構型服役中，另有950輛A6構型完成生產並進入現役。
加拿大：76輛A4+（已除役）
德國： 原有609輛G構型，使用德制射控系統與不同形式炮口制退器，炮塔前方左右兩側各有三聯裝煙霧彈發射器。1983年向美國FMS公司購買586組A3改良套件，改良後稱為A3G構型，但炮管改用萊茵金屬（Rheinmetall）公司生產的39倍徑炮管，最大射程24,700米。 在PzH-2000自行火炮尚未服役前，A3G構型將提升至A5構型，改良後型號為A3GEA1/A2作為過渡車種使用，此批過渡車種於2007年7月1日全數退役。
瑞士： 共有473輛A1B構型，分別採購於1968年（146輛）、1974年（120輛）、1979年（207輛）。 以A1B構型為基礎，換裝L47 47倍徑炮管、半自動彈藥裝填系統、定位暨導航系統、加長型儲彈艙、遙控炮管固定架、全自動滅火系統、自動射控系統等，並於1994年完成測評，命名為M109 KAWEST。2005年時有348輛服役中。
荷蘭： 原有135輛A0、3輛A1B及91輛A2構型。 於1980年由RDM公司使用美國FMS公司A3改良套件，將其中的136輛提升至A3構型，已逐步由PzH-2000自行火炮取代，2005年時尚有120輛服役中。
丹麥： 原有76輛A1構型。 因性能已不符作戰需求，於1989年向美國FMS公司購買76組A3套件，提升後稱為A3DK構型。
挪威：於1983年向美國FMS公司購買126組A3套件，由挪威WFT公司進行改裝作業，改良後稱為A3GN構型（性能與德國A3G構型相同），已於1990年全部完成。
比利時：2006年時共有48輛A3構型服役中。
希臘：33輛A1/A1B132輛A212輛A5.
西班牙：96輛A5
葡萄牙：6輛A218輛A5
奧地利：2006年時共有189輛A2/A3/A5Ö構型服役中。
以色列：600輛A5（又稱為Doher）
伊朗：390輛A1
沙烏地阿拉伯：28輛A1
科威特：5輛A1B
利比亞：18輛A0
阿曼：15輛A0
埃及：279輛A2201輛A5
摩洛哥：84輛A2/A3
衣索比亞：17輛A1
突尼西亞：11輛A1
韓國：2005年時共有1,040輛A2構型服役中。
中國台灣地區：2005年時有225輛A2/A5構型服役中，預計將全數提升為A6構型。
泰國：300輛A2/A320輛A5
巴基斯坦：150輛A2
巴西：40輛A3（比利時售予）
智利：24輛A2（瑞士售予，已升級為M109A5Ö構型）
秘魯：2005年時有12輛A2構型服役中。
