發展歷程
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。
構造結構
M109自行火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度鏇轉射擊。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。
衍生
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自行火炮以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。
M109自行火炮這組套件主要包含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。
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。
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。
使用國家
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。2006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。 目前已逐步由PzH-2000自行火炮取代，2006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：2006年時共有1,040輛A2構型服役中。
台灣：2006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：2006年時有12輛A2構型服役中。
