Основой казённого предприятия явился Кронштадтский чугунолитейный завод, построенный в 1789 году и переведённый в Санкт-Петербург в 1801 году. Этому событию предшествовал указ императора Павла I от 28 февраля 1801 г. Днём рождения завода считается 3 апреля
1801 года, когда на нём было отлито первое пушечное ядро. Завод стал называться Санкт-Петербургским чугунолитейным, входил до января 1827 года в систему Олонецких горных заводов
, среди первых его руководителей — выходцы из Шотландии: Карл Гаскойн (1801—1806), Адам Армстронг (1807—1818) и Матвей Кларк. В 1806—1807 годах заводом руководил А. М. Полторацкий, по его инициативе завод начал выпускать солдатские ружья. В этот период завод выпускал различные изделия по казённым военным заказам, металлические элементы многих архитектурных ансамблей.
24 апреля 1842 г. завод был безвозмездно передан Обществу русских горных заводов для изготовления рельсов, их выпуск был начат в 1844 году. В 1847 году завод вернулся в казну, в 1848 году был пожалован генерал-адъютанту Н. А. Огарёву, сначала — во временное безвозмездное владение, а затем — в собственность (1855 г.). В 1863 году Н. А. Огарёв сдал его в аренду фирме петербургского купца 1-й гильдии Василия Хенлея «Рихтер Дей и К°». Эта фирма получила в 1858 году казённую ссуду на организацию производства, но не смогла её эффективно использовать и довела завод до банкротства. В марте 1864 года Н. А. Огарёв продал завод кредиторам Василия Хенлея купцу Вильгельму Риттеру и барону Константину Карловичу Фелейзену. С целью оздоровления производства и обеспечения возможности возврата казённого долга завода в сумме около 200 тысяч рублей, 30 сентября (12 октября) 1866 года был высочайшее утверждён устав Санкт-Петербургского товарищества железоделательного завода «Перун», которое должно было принять на себя все активы и обязательства завода.
Путиловская история успешной деятельности завода началась в 1868 году. Пайщики товарищества «Перун» не выполнили условия утверждённого устава, и кредиторы продали завод Н. И. Путилову, что позже было зафиксировано указом Сената от 7 (19) марта 1869 года.
Завод начал поставлять рельсы для казны по цене 1 рубль 88 копеек за пуд, положив начало валовому производству рельсов в России. В 1870 году начал работать бессемеровский конвертер, с 1874 года введена в эксплуатацию первая мартеновская печь в Санкт-Петербурге.
24 октября (5 ноября) 1872 года был высочайше утверждён устав Общества путиловских заводов, капитал общества был определён в 8 миллионов рублей. В состав общества входили 5 заводов, 3 — в Финляндии, и 2 — в Санкт-Петербурге (рельсовый и механический завод на Петергофском шоссе и завод «Аркадия»). В 1874 году началось изготовление товарных вагонов, в 1888 году — пассажирских. После смерти Н. И. Путилова (1880 год) на заводе началось строительство миноносцев и корабельных башенных орудий для броненосцев. С 1893 года начато производство паровозов, завод занял ведущее положение в этой отрасли. Завод производил станки, артиллерийские снаряды, инструментальную сталь, землечерпалки, землесосы, водные и сухопутные экскаваторы, драги для золотых приисков, подъёмные краны, дробильные машины и многие другие виды продукции. С выпуска лёгкой полевой пушки (1892 г.), показавшей отличные результаты, развивается пушечное производство. Пушка системы Путиловского завода образца 1902 года была признана лучшей в мире. В 1896 году на Путиловском заводе был построен вагон-храм для работы на Западно-Сибирской и Средне-Сибирской железных дорогах. В 1900 году Путиловский завод занял первое место по объёму производства среди русских металлургических и машиностроительныхзаводов, а в Западной Европе уступал лишь завода Круппа в Германии и Армстронга в Англии.
В январе 1905 года на Путиловском заводе началась забастовка, вызванная незаконным увольнением четырёх рабочих. Руководство забастовкой осуществляло «Собрание русских фабрично-заводских рабочих г. Санкт-Петербурга» во главе со священником Георгием Гапоном. После того как руководство завода в лице директора С. И. Смирнова отказало бастующим в удовлетворении их требований, забастовка была перенесена на другие предприятия города. Исходом событий стало массовое шествие рабочих 9 (22) января 1905 года к Зимнему дворцу с целью вручить царю Петицию о рабочих нуждах, среди рабочих было множество провокаторов из террористических революционных организаций. Царя в это время в городе не было. Шествие было встречено на подступах к Зимнему дворцу и в в ответ на стрельбу революционеров воинские подразделения были вынуждены открыть ответную стрельбу. Эти события вошли в историю под названием «Кровавого воскресенья» и послужили началом революции 1905—1907 годов.
С 1905 года завод освоил выпуск минных крейсеров («Доброволец», «Московитянин»). В 1911 году был спущен на воду эскадренный миноносец «Новик», самый быстроходный корабль в мире в то время. В 1913 году была основана отдельная производственная площадка — «Путиловская верфь», ныне — ОАО «Северная верфь». В 1913 году основной капитал Общества путиловских заводов составлял 25,4 млн рублей, баланс — 88 млн рублей, дивиденд — 6 %. Во время Первой мировой войны на заводе непрерывно наращивалось производство пушек, производилась доработка закупленных в Англии броневиков «Остин»; в 1916 году на базе этих бронеавтомобилей была разработана собственная модификация — «Остин-Путиловец» (собирался на заводе уже после Октябрьской революции, в 1918—1920 годах). В 1917—1920 годах производились пушечные бронеавтомобили «Рено».
Во время Первой мировой войны в 1915 году Путиловский завод начал задерживать заказы военного ведомства, и ряд чиновников и политиком во главе с военным министром Поливановым начали предпринимать попытки по секвестированию предприятия. Первая попытка не увенчалась успехом. Однако забастовки и выступления рабочих привлекли дополнительное внимание к предприятию. Государственная Дума и Государственный Совет настояли на введении в состав правления общества инспекторов. Владельцы предусмотрительно вывели средства с банковских счетов Общества Путиловских заводов. Из государственного бюджета было выделено 10 миллионов рублей, из которых 2,5 миллиона было потрачено на заработную плату, 4 миллиона — на оплату долгов контрагентов. По итогам секвестирования Русско-Азиатский банкпотерял контроль над Обществом Путиловских заводов.
В 1922 году завод получил новое имя — «Красный путиловец».
17 декабря 1934 года завод «Красный путиловец» был переименован в Кировский завод.
В 1938 году после ареста прежнего руководства завода был назначен новый директор — Зальцман Исаак Моисеевич.
В 1992 году акционирован, создано ОАО «Кировский завод» (управляющая компания). Производство было переориентировано, создана линейка дорожно-строительных и специальных машин для дорожного строительства, нефтяной и газовой отраслей. Освоен выпуск бронеавтомобилей «Онега» и «Ладога», кормоуборочных комбайнов, быстроходных траншейных машин, самоходных гусеничных кранов и другой техники. В 2000 году начат выпуск модельного ряда тракторов К-744Р (1995 — «Кировец» К-744, 2009 — «Кировец» К-708, 2011 — «Кировец-POWERPLUS», 2012 — К9000).
В 2011 году совместно с SKODA TRANSPORTATION a.s. на базе завода было основано предприятие «Вагонмаш». Оно специализируется на разработке и производстве продукции транспортного машиностроения. В 2020 году «Синара-Транспортные Машины» выкупил 49 % акций Вагонмаш у Кировского завода.
В 2013 году Кировский завод получает заказ на паротурбинную установку и другое оборудование для нового атомного ледоколов «Арктика» проекта 22220. В связи с этим предприятие строит испытательный стенд для мощных корабельных паровых турбин и развивает центр компетенций турбостроения.
24 мая 2017 года на Кировском заводе состоялось открытие единственного в России универсального испытательного стенда для паровых турбин мощностью до 75 МВт. Он предназначен для испытаний паротурбинных установок различных конструкций и мощностей, которыми оснащаются атомные ледоколы и другие надводные и подводные морские суда. Первой на новом стенде будет протестирована паротурбинная установка для ледокола «Арктика».
В 2013 году было создано дочернее общество «Кировский завод Газовые технологии». В 2016 году компания начала собственное производство газонаполнительных колонок и оборудования для автоматизированной системы управления АГНКС.
В январе 2017 года «Кировский завод Газовые технологии» по договору с компанией «Газпром газомоторное топливо» построила и сдала в эксплуатацию первую АГНКС в Санкт-Петербурге. Станция расположена на улице Корабельной и рассчитана на заправку 500 машин в сутки.
В августе 2016 года у Кировского завода появилось новая дочерняя компания ООО «Завод Буровых технологий». В 2019 году Завод буровых технологий и екатеринбургский Машиностроительный завод им. В. В. Воровского подписали соглашение об объединении производственных активов. Результатом слияния стало появление на отечественном рынке буровых машин нового производителя — ООО «Объединённые заводы буровой техники им. В. В. Воровского» (ОЗБТ, также вошло в ГК «Кировский завод»). ОЗБТ начали производить порядка 60 % от общего количества установок разведочного бурения (УРБ), выпускаемых в стране, и заняли второе место по выручке среди российских производителей этой техники.
В настоящее время существует Музей истории и техники Кировского завода, основанный в 1962 году. Музей состоит из 6 залов и находится в ДК Газа.
ОАО «Кировский завод» по результатам голосования на общем собрании акционеров, состоявшемся 29 июня 2018 года, сменило название на ПАО «Кировский завод»
