ปาล์มโอเอสได้รับการพัฒนาขึ้นโดย เจฟ ฮอว์กินส์ (Jeff Hawkins) เพื่อใช้กับเครื่องพีดีเอ ปาล์มไพล็อต (Palm Pilot) ที่ผลิตขึ้นโดยยูเอสโรโบติกส์ (US Robotics) ปาล์มโอเอสรุ่น 1.0 ได้ถูกติดตั้งลงในเครื่องปาล์มไพล็อตรุ่น 1000 และ 5000 และรุ่น 2.0 ได้ถูกติดตั้งลงบนปาล์มไพล็อตรุ่น เพอร์ชันแนล และ โปรเฟสชันแนล

เมื่อมีการเปิดตัวปาล์ม ทรี ซีรีส์ (Palm III Series) ได้มีการเปิดตัวปาล์มโอเอสรุ่น 3.0 ที่ใช้กับเครื่องรุ่นนี้พร้อมกัน และยังมีการพัฒนารุ่น 3.1, 3.3 และ 3.5 ที่ได้เพิ่มคุณสมบัติการแสดงผลสี การใส่หน่วยความจำภายนอก หน่วยประมวลผลแบบใหม่ และการเพิ่มเติมอื่นๆ

รุ่น 4.0 ได้ออกมาพร้อมปาล์ม เอ็ม 500 ซีรีส์ (Palm M500 Series) และได้ทำการติดตั้งลงในเครื่องรุ่นก่อนหน้านี้ด้วย เวอร์ชันนี้ได้เพิ่มการเข้าถึงไฟล์ในรูปแบบมาตรฐานผ่านหน่วยความจำภายนอก เช่น เอสดีการ์ด เป็นต้น และยังมีการปรับปรุงโปรแกรมโทรศัพท์และโปรแรมความปลอดภัยเพิ่มเติม รุ่น 5.0 ได้เปิดตัวพร้อมกับเครื่องรุ่น ทังสเตน ที และเป็นเวอร์ชันแรกที่สนับสนุน ระบบประมวลผลแบบอาร์ม (ARM architecture) เพื่อให้ระบบสนับสนุนการทำงานแบบอาร์ม แอปพลิเคชันต่าง ๆ จะต้องทำงานอยู่บนสภาวะจำลองที่เรียกว่า ปาล์มแอปพลิเคชันคอมพาทิบิลิทีเอนวิโรเมนท์ (Palm Application Compatibility Environment หรือ PACE) และเพื่อความเข้ากันได้ดีของซอฟต์แวร์บนสภาวะจำลอง แอปพลิเคชันเดิมจะต้องประมวลผลด้วยระบบอาร์มด้วยความเร็วที่สูงกว่าเดิม ส่วนซอฟต์แวร์ใหม่จะสามารถทำงานบนระบบประมวลผลอาร์มโดยตรงด้วยพีเอ็นโอ (PACE Native objects) ซึ่งเป็นชุดคำสั่งการทำงานบนอาร์มขนาดเล็ก

ปาล์มโอเอส 5.2 และ 4.1.2 (ในรุ่นที่ออกมาในภายหลัง) ได้มีการเพิ่มฟังก์ชัน กราฟฟิตี2 เข้ามาปาล์มซอร์สได้ทำการเปิดตัวปาล์มโอเอส 6 ในปีค.ศ. 2003(พ.ศ. 2546)