M109是一种美制155毫米口径自走炮，于1963年开始进入美国陆军服役，提供师和旅级部队所需的曲射火力支援。从1963年量产至今，生产总数已超过7,000辆以上，使用国超过30个，可说是1970至1990年代西方国家的标准自走炮。为持续满足未来战场的作战需求，M109持续进行性能提升与改良计划，最新的改良型为，在XM2001十字军（Crusader）自走炮（英语：XM2001 Crusader）发展计划被取消后，M109A7自走炮对美国陆军将更显重要。
1952年，美国陆军基于第二次世界大战期间自走炮的运用经验，认为有必要发展一种更具打击能力和机动性能的自走炮，取代现役的M44 155毫米自走炮（英语：M44 Howitzer Motor Carriage），以满足未来战场上的非直射火力支援需求。
1954年6月，美国陆军决定下一代自走炮的研发计划内容，分别是T195 110毫米自走炮及T196 156毫米自走炮。
1955年6月，研发计划修正，T196自走炮的口径改为155毫米，并与T195自走炮共用相同的底盘及炮塔，以简化后勤支援。
1959年T196自走炮第一辆原型车出厂，后因美国陆军于1959年决定未来所有装甲战斗车辆的引擎全部改用柴油引擎，T196自走炮也进行必要的动力系统重新设计与更换，换装柴油引擎的T196改称T196E1。
1961年10月，凯迪拉克汽车公司获得美国陆军授予的合约，于克利夫兰陆军坦克厂（Cleveland Army Tank Plant）进行T196E1自走炮量产工作，第一批生产了247辆，合约于1962年10月完成交货。随后美军再继续增订一批自走炮，为改用105毫米火炮的T195，后来正式编号为M108自走炮。
1963年7月，T196E1自走炮初期测评（IOT＆E）及操作测评（OT＆E）结束，美国陆军正式给予M109制式编号，全名是M109 155毫米中型自走榴弹炮（Howitzer，Medium，Self-propelled：155mm M109），并正式进入美国陆军服役。同年，M109量产合约改授予克莱斯勒汽车公司，同时陆军克里夫兰坦克制造厂（Cleveland Army Tank Plant）到1969年为止也生产了2111辆M109；1974年起，M109生产合约改由英国航太系统承包，BAE的产线维持到1994年关闭，但现在仍维持必要的整修产线以便有需求的顾客提升M109性能。
M109车体结构与炮塔都是由厚20毫米的铝合金装甲焊接而成，但全车未采密闭设计，弹药库亦无安全防护设计，亦未配备核生化防护系统，但具备两栖浮游能力。未准备的状况下可直接涉渡1.828米深的河流，如加装呼吸管等辅助装备，则可以每小时约6公里速度进行两栖登陆作业。
全车可搭载乘员6人（车长、驾驶、2位方向控制射手、2名弹药装填手），驾驶舱位于车身左前方，设有3具M45潜望镜供驾驶使用，具有夜视装备可于夜间使用。车长舱口位于炮塔右侧，装有一具M2 12.7毫米机枪架，可360度旋转射击。炮锄无装置动力释放装置，射击前必须以手动操作。
动力系统采用底特律柴油引擎公司M8V-71T液冷式涡轮增压、二冲程八汽缸柴油引擎，传动系统则采用通用汽车公司艾利森变速箱部门XTG-411-4A交叉驱动变速箱。
火炮部分采用一门M126 155毫米23倍径榴弹炮，射击高爆榴弹时最大射程14,600米，射速1发／分，冲刺射速则为3发／分。炮塔两侧各有一扇舱门，后方有二扇舱门供弹药补给使用。
辅助武装除1挺M2 12.7毫米机枪外，另可加装Mk 19 Mod 3 40毫米自动榴弹发射器、M60 7.62毫米机枪或M240 7.62毫米机枪。
1962年底量产，至1969年停产。原始版M109主炮为23倍径长的T255E4（正式编号M126），搭配M127炮架，火炮射程14.6公里；初期型M109搭载28发炮弹、99个发射药包、104颗引信，如弹药消耗完毕可由车体后方的尾门传递补给，弹药车每分钟可供弹6发，辅助武装为1挺M2 12.7毫米机枪，备弹500发。
因155毫米主炮重量超过油压机构负荷，因此只有炮塔回旋功能有油压装置支援，火炮俯仰仍采用人力实施。M126榴弹炮与M114榴弹炮相同为23倍径的炮管，在实战时频繁运用强装药才能确保射程表现，致使M126火炮的操作寿命较短；在火炮寿命及射程表现问题取得平衡点，成为美军在下一批次改良型起引进长倍径炮管榴弹炮的滥觞。
M109在1970年代后陆续以M109A1标准提升，没经提升的原始车最终多半改装为M992FAASV弹药补给车
1969年通过测试，1970年10月开始量产，外观上最明显的差异是主炮从M126更换为M185榴弹炮；M185炮管增长为39倍径，使用M107榴弹与8号装药搭配下射程延长到18,100米，使用M549火箭推进榴弹时射程可达24公里。炮塔和携带弹药数与M109相同。
部分于晚期外销的A1构型M109自走炮，车体经过强化，称为A1B构型。
可靠度、可运用性和可维修性中期寿限改良计划（Reliability, Availability, and Maintainability mid-life improvement）实施后的新型号，1976年起开始量产，1978年起交付部队，1985年停产。改良范围包括承载系统、驻退复进装置、主炮俯仰导入油压动力及炮塔回旋装置、弹药装填杆、引擎操作警告系统，并于炮塔后方增设储弹架。外观上与M109A1相差不大，但主炮更换为M178炮架。因应炮架更换，战斗室动线及装弹辅助机亦重新设计；在炮塔战斗室后方增设弹药库，主炮弹药携带量增加为36发，因战斗舱动线调整提升效率，原本只能1分钟1发的射速可在必要时实施3分钟4发炮弹的射击表现。
A1和A1B构型以A2构型标准进行性能提升后，即为A3构型，基本火力表现与A2型相同；改造时间从1976年至1983年间进行。
除A2构型的配备外，并增加火炮归零调整器、引擎燃油空气混合调节器、驾驶仪表显示板、炮塔储物架、推进药包储藏舱、改良型扭力杆承载系统、改良型驻退复进缓冲活塞。部分A3构型经过装甲强化后，称为A3B。
A2和A3构型经过核生化防护能力及可靠性暨维修性提升（Nuclear, Biological, and Chemical / Reliability, Availability, and Maintainability，NBC/RAM）计划改良后，称为A4构型，提升计划主要针对炮塔液压回旋装置、动力组件液压控制系统的滤清器等部分进行改良，同时增加外接电力启动装置，大幅提升紧急状态时的备战能力。弹药和火炮部分与A2／A3构型相同。
A1到A4构型所使用的火炮其射程已不能满足作战需求，但预定实施的全面性升级方案（未来的M109A6）因为价格问题很难在冷战结束后全面施作，美国陆军与美国陆军国民兵于1992年春季决定对M109家族实施在成本及性能上妥协的改良方案。此改良计划引进备用组件及改良型武器系统（Reserve Component／Modified Armament System，RC／MAS）套件，可直接运用于A0到A4任一构型上。
这组套件主要包含M284 155毫米39倍径炮管、M182炮座、乘员核生化防护系统、新柴油引擎（440匹马力）及变速箱、引擎操控电子侦测设备，并改良炮管俯仰暨炮塔回旋液压制动系统。A5构型虽然炮管长度仍维持39倍径，但受益于全新设计的主炮与炮架容许更高膛压，因此换用燃烧能量更强的M203A1可燃式药筒，在使用M107榴弹最大射程从18公里增加至22,500米，射击M549A1火箭榴弹时射程增加到30,000米。
1984年1月美国陆军决定整合榴炮延寿计划（Howitzer Extended Life Program，HELP）及榴炮改良计划（Howitzer Improvement Program，HIP）为单一计划，以确保在下一代自走炮服役前，仍能拥有较佳战场存活能力的自走炮，而经过HELP／HIP改良计划即是M109A6帕拉丁（Paladin，又译圣骑士）。
A6构型的炮塔内部加装克维拉（Kevlar）防弹内衬，提高保护乘员的能力；增设半自动弹药装填系统，可维持较高的持续射速，车内空间经过重新调整，因此炮弹载弹量增加到39发，炮塔右侧既有一挺M2防空机枪，搭配500发12.7mm子弹。此外，A6构型具有过往构型均未配备的全自动火炮射控系统（Automatic Fire Control System，AFCS）、全球定位／导航系统（Global Position／Navigation System）、单频地空无线电系统（SINCGARS）、火炮自动射击管制系统等。因此A6构型可独立作战，毋需配合射击指挥车（Fire Direction Center Vehicle，FDCV）遂行射击任务；相反的，A6可直接由地空无线电获得射击命令，射击管制系统据此计算各项射击参数，再自动调整火炮俯仰角和射击方位，开始射击任务。从接获射击命令、完成射击准备到第一发炮弹发射仅需不到1分钟。
M109A6武装使用M284炮管搭配M182A1炮架，该炮架加装了温度感测器，并重新设计制退复进机，炮管则换用新型炮口制退器及炮膛排烟器、炮闩拉柄箱组，加装M49型发火机及改良的顶杆、炮闩环等。发射药筒为M203A1，使用的标准榴弹与火箭推进榴弹与旧有型号相同，射程仍是30公里。
英国BAE系统公司获得M109A7 155毫米自走榴弹炮车与M992A3弹药支援车辆低速率生产阶段合约采购金额约6.68亿美元，M109A7采用与M2布雷德利装步坦克共通的动力总成，包括引擎、变速箱、悬吊、转向系统与履带，藉以节约成本。火炮驱动系统则是更换成全电力控制，该技术是自过去已取消的未来战斗系统计划下之XM-1203非瞄准线发射系统所移植，在火炮俯仰转向速度及精度上较以往之液压系统更为精进。A7也将换用600伏特车载电源系统以适应新兴技术或未来需求。例如:战场网络需求或电磁炮驱动系统。美国陆军计划采购580套M109A7自走榴弹炮车与M992A3弹药支援车辆组成，在2014年采购133辆并在2017年开始进入全速率生产，首批生产48辆。另外将在阿拉巴马州Anniston陆军军械库进行M109A6自走炮车与M992A2弹药支援车辆拆卸，并重新组装到M109A7自走炮车与M992A3弹药支援车辆(采用全新底盘由BAE系统公司宾州工厂生产)上后送往俄克拉荷马州新BAE系统公司工厂进行最后组装作业，美国陆军也预计要把689辆M109A6升级至A7标准。并可持续服役至2050年。
美国陆军现代化中推行“长程精确火力”。“增程火炮炮兵系统”（ERCA）计划日趋成熟，预计新型的M109A8自走炮车，将采用新型的58倍径的XM907炮管、自动装弹机以及新型的XM1113新式火箭助推炮弹来达到惊人的70公里有效射程。但是58倍径炮管的长度为900公分，比自走炮的车体还要更长，这当然会造成机动部署的麻烦，因此（ERCA）计划的目标也在如何解决机动性的问题。
2021年九9月美国陆军在皮卡汀尼兵工厂(Picatinny Arsenal)举行的M109A8自走炮命名仪式上，将这款增程火炮系统命名“铁雷”(Iron Thunder)。
美国陆军使用的火力支援战术模拟训练装置（Fire Support Combined Arms Tactical Trainer，FSCATT）有2种不同的版本，分别用于训练A5和A6构型的M109自走炮乘组员。该系统使用真实的炮塔结构，但使用的却是虚拟的弹药系统。瑞士陆军也使用同样的系统，但模拟的是KAWEST构型。
野战炮兵弹药补给车（Field Artillery Ammunition Supply Vehicle，FAASV）其美军制式编号为M992，采用M109自走炮的底盘，用来取代以M113装甲运兵车为底盘的M548弹药运输车（英语：M548）。由于采用同样的底盘，两者的机动力和运动性能大致相同，可以一同在战场上运动。车内另装有2具辅助动力装置（Auxiliary Power Unit，APU），可使M992在不启动引擎的情况下，仍能提供电力进行弹药补给作业，大幅减少被发现和攻击的几率，也减少不必要的燃料消耗。
车体后部的装甲外箱内部可以装载90枚各式炮弹（分装在2个储放柜内）、3枚M712铜斑蛇（英语：M712 Copperhead）（Copperhead）终端激光导引炮弹、99个推进药包和104个各式引信。M992上装置一套自动转运装置，可以在人员不离开车辆的情形下，将M109所需的炮弹、推进药包和引信由M992转送至M109。这种装置使M109的乘组员与M992的乘组员不必在敌火的威胁下于车外活动，大幅提升人员的安全性。
依据美国陆军的规划，每辆M109A6帕拉丁自走炮都将配属一辆M992野战炮兵弹药补给车，用以支援自走炮于战场上的弹药需求。
