Mūsdienu Grobiņas pagasta teritorijā vēsturiski atradās Iļģu muiža (Gut Illien), Rolavas muiža (Gut Roloff, Rolava).
Grobiņas kroņa pagasts izveidots ap 1820. gadu. Līdz 1905. gadam tam pievienoti Mežnieku, Pilenieku, Iļģu un Grobiņas mežniecības pagasti, pēc 1912. gada - Grobiņas mācītājmuižas pagasts. 1935. gadā Grobiņas pagasta teritorija bija 143,9 km². 1945. gadā pagastā izveidoja Grobiņas, Baltpurvu un Tosmaresciema padomes, bet pagastu 1949. gadā likvidēja. 1951. gadā Grobiņas ciemam pievienoja daļu Rolavas un Tosmares ciemu. 1956. gadā Grobiņas ciemu pakļāva Grobiņas pilsētai kā tās lauku teritoriju. 1975. gadā Grobiņas ciemu atjaunoja. 1990. gadā ciemu reorganizēja par pagastu.[4] 2009. gadā Grobiņas pagastu kā administratīvo teritoriju iekļāva Grobiņas novadā. 2021. gadā Grobiņas novads tika iekļauts Dienvidkurzemes novadā.
Cauri pagastam veda 1900. gadā atklātā šaursliežu Liepājas—Aizputes dzelzceļa līnija ar pieturas punktiem "Ilgale" un "Rolava", kas slēgta 1964. gadā.