Sadamakohana on Paldiski ümbrus olnud kasutusel muinasajast saadik. Esimesed püsiasukad tulid Pakri saartele ja poolsaarele 13 sajandil, legendide järgi olid nendeks Rootsi prints ja tema saatjaskond. Paldiski eeliseid suurte laevade sadamakohana hakati täielikult ära kasutama 17 sajandil, kui Rootsi laevastik kasutas seda oma laevastiku tugipunktina.

Peale Põhjasõda tekkinud poliitilises olukorras sai Venemaale tähtsaks omada Balti mere põhjarannikul sõjalist tugipunkti. Sobiva sadamakoha otsinguil sõitis Vene sõjalaevastik läbi terve rannajoone ning valis tulevase sadama asukohaks Paldiski. Paldiskil oli teiste võimalike sadamakohtade ees kolm suurt eelist: ta on praktiliselt jäävaba, väga sügav (oluline suurte laevade jaoks) ning kaitstud tormide eest Pakri saartega. 1718. a. asutas Peeter I Pakri lahte sõjasadama. Selle juurde tekkinud Rogerwiek'i asulale anti 1762. a. nimeks Baltiyskiy Port (s.t. Läänemere ehk Balti mere sadam), millest tuleneb linna nüüdne nimi.

19. sajandil tõusis Paldiski tähtsus kaubasadamana. Paldiski muutus Tallinna ja Peterburi eessadamaks, eriti talvel saadeti sealt mereveoseid edasi rongiga. Soodsaid sadamaolusid arvestades ehitati Balti raudtee (valmis 1870.a.) Paldiskini. Mõneks ajaks kasvas kaubakäive koguni nii suureks, et Paldiski oli tähtsuselt kolmas kaubasadam Venemaal. Kuni Oktoobrirevolutsioonini oli Paldiski Venemaal üleriigilise tähtsusega kaubasadam.

Nõukogude okupatsiooni algusest 1939. aastal kuni 1992. aastani oli nii Paldiski linn kui Paldiski lõunasadam Nõukogude Liidu kinnise sõjaväebaasi ala. Vene vägede Eestist äraviimise käigus lahkus 1994. aastal Paldiski lõunasadamast viimane Vene sõjalaev.

1994.aastast kuulub Paldiski lõunasadam riigi omandis oleva AS-i Tallinna Sadam koosseisu.

Praegusel ajal on Paldiski Lõunasadam üks kiiremini arenevaid sadamaid Eestis. 2008. aastal läbis Paldiski Lõunasadamat 3 815 376 tonni kaupu ja külastas 1405 laeva.