Sorgí de la convergència d’un primer partit homònim (que tingué l’origen el 1972 en els Grups d’Acció i Reflexió Socialista), Socialistes Valencians Independents, Reconstrucció Socialista del País Valencià i Agrupament Socialista Valencià. Formà part de la Federació de Partits Socialistes (1976). Fou legalitzat pel març del 1977. Entre altres publicacions, tingué com a òrgan El Poble Valencià, que edità una vintena de números. El 1977 es produí una ruptura entre dos sectors; un que conservà el nom i un altre que utilitzà el d’Unitat Socialista, en coalició amb el Partit Socialista Popular, i que a l’inici del 1978 s’integrà en el Partido Socialista Obrero Español (PSOE), com feu també poc després l’altra fracció.
Fins el 1997 Joan Lerma en fou secretari general, i aquest any fou substituït per Joan Romero, que dimití el càrrec el 1999. Després d’uns mesos en què una gestora dirigí el partit, el mateix any, un congrés extraordinari elegí una nova executiva liderada per Joan Ignasi Pla, que el 2000 fou confirmat en el càrrec de secretari general. El 2007, la dimissió de Pla arran de les acusacions per un presumpte afer de suborn obrí la segona gran crisi dins el partit. La direcció fou confiada novament a una gestora provisional, i en el congrés del setembre del 2008 fou elegida una nova executiva encapçalada per Jordi Alarte. En el congrés de l’abril del 2012 Ximo Puig guanyà la secretaria general, i fou confirmat en el càrrec en les primàries del 2017.
Partit més votat fins el 1995 en les eleccions a les Corts Valencianes (51 diputats sobre 89 el 1983, 42 el 1987 i 51 el 1991), Joan Lerma ocupà la presidència de la Generalitat Valenciana. Des del 1995, que aquesta passà al Partido Popular, fins al 2015 ha estat la primera força de l’oposició amb 32, 35 (1999), 36 (2003), 38 (2007) i 33 (2011) diputats. El juliol del 2005 pactà un nou Estatut d’Autonomia del País Valencià amb el PP.
En les eleccions a les Corts Valencianes del maig del 2015, bé que continuà com a segona força (23 escons), per darrere del PP, negocià en l’anomenat Pacte del Botànic un govern de coalició amb Compromís pel País Valencià, pel qual al juny Ximo Puig fou investit president de la Generalitat Valenciana. Després de les eleccions del 28 d’abril de 2019 es convertí en primera força a les Corts Valencianes, amb 27 escons. Ximo Puig fou confirmat com a president de la Generalitat Valenciana després de l’anomenat Segon Pacte del Botànic, en el qual es negocià novament un govern de coalició que, a més del PSPV i Compromís, incloïa també Podem.
Després de la derrota del PSPV per dos escons en les eleccions autonòmiques del 2023, Ximo Puig anuncià una remodelació total de l’estructura del PSPV. El febrer del 2024, Diana Morant, ministra de Ciència, Innovació i Universitats de l’Estat espanyol, fou elegida secretària general del partit.
Fins el 1991 el PSPV controlà l’alcaldia de València, primer amb Ricard Pérez Casado i, des del 1988, amb Clementina Ródenas. Alguns membres del partit han estat també ministres en governs del PSOE, entre d’altres José Luis Ábalos, Jordi Sevilla, Joan Lerma, Carme Alborch, María Teresa Fernández de la Vega i Pere Solbes.