Возник в 1720 году как военный форпост Коряковский.
Укрепление имело форму квадрата (50×50 м), обнесено высоким бревенчатым частоколом, по углам располагались бастионы с артиллерийскими батареями. С 1747 года близ форпоста, на озере Коряковское, начата промышленная добыча соли. В 1838 года преобразован в станицу Коряковскую. С 1861 года город Павлодар (назван в честь родившегося в 1860 году сына императора Александра II великого князя Павла Александровича). Заштатный (1861-1868 годы), уездный (1868-1920 годы) город Семипалатинской области. В 1861 году открыто пароходное сообщение по Иртышу с городом Омск. С 1880-х годов место политической ссылки (прежде всего деятелей социал-демократических организаций). 19.1(1.2).1918 года установлена советская власть. Во время Гражданской войны 1917-1922 годов находился под контролем Временного сибирского правительства (июнь — ноябрь 1918 года), Уфимской директории (ноябрь 1918 года), «Омского правительства» (ноябрь 1918 — ноябрь 1919 годов). 29.11.1919 занят частями РККА в ходе Восточного фронта наступления 1919-1920 годов. Уездный город Семипалатинской губернии Киргизской (с 1925 года Казакской) АССР (1920-1928 годы). Окружной (1928-1930 годы) и районный (с 1928 года) центр Казакской АССР, Восточно-Казахстанской области Казакской АССР (с 1936 года Казахской ССР) (1932-1938 годы). С 1938 года областной и районный центр Казахской ССР (с 1991 года Республики Казахстан). В 1922 году образован Павлодарский сольтрест. В 1924 года открыто постоянное движение по железно-дорожной линии Кулунда — Павлодар. В Великую Отечественную войну в Павлодар эвакуирован ряд крупных предприятий. В 1953 году открыто постоянное движение по железнодорожной линии Акмолинск — Павлодар. С февраля — марта 1954 года Павлодар — один из центров освоения целинных и залежных земель.
В 1863 году утверждён план регулярной застройки Павлодара. В центре города сохранились многочисленные постройки 2-й половины XIX — начала XX веков в духе эклектизма, в том числе дом поэта П.Н. Васильева (2-я половины XIX века), дерев. Народный дом (1898), здания Русско-Азиатского банка (конец XIX века), бывшей гостиницы «Россия» (1910-1911 годы), Русско-киргизского училища (1916). Многочисленные купеческие дома и магазины конца XIX — начала XX веков. В мавританском стиле возведена Белая мечеть имени Абдулфаттаха Рамазанова (1905, минарет восстановлен в 1990-е годы). В 1920-е годы построен городок судостроителей с клубом имени В.В. Куйбышева; деревянное здание зала ожидания железнодрожного вокзала (1923, реконструировано в 2011 году). В 1930–40-е годы построены филиал Госбанка (1934), 3-этажный «16-квартирный дом» (1940-е годы). С 1955 года стали возводиться 5-этажные дома, построены кинотеатр «Октябрь», Дом культуры железнодорожников (ныне «Шанырак»; оба 1957 год), речной вокзал (1960), здание обкома КПСС (1961; ныне здание акимата области). Среди построек 1970-1980-х годов: Дворец пионеров (1978), Центральный почтамт с часовой башней (1979-1982 годы), новое здание железнодорожного вокзала (1981). После 1990 года возведены православный Благовещенский кафедральный собор (1993-1999 годы), часовня Святого Николая (1999); неоготическая католическая церковь Святой Терезы Младенца Иисуса (1997-2000 годы); Центральная мечеть имени Машхура Жусупа (Копеева) (1999-2001 годы), мечети Газиз (2000), Бижан (2005) и др. В 2000 году открыт архитектцрный ансамбль новой набережной. Мемориал Славы воинам-землякам, погибшим в годы Великой Отечественной войны (1975; с обелиском и Вечным огнём). Памятник В.И. Ленину (1928, перенесён на современное место в 1990-е годы).
