1879. gada 16. maijā Upesmuižas (Bächhof) jaunais īpašnieks Oto fon Lilienfelds (Otto Friedrich von Lilienfeld), vēloties izveidot ostu, Sakas upes grīvā svinīgā ceremonijā iemūrēja loču mājas pamatakmeni un tajā pašā dienā iesvētīšanas ceremonijā nākamā pilsēta tika nokristīta viņa brāļa, Kurzemes gubernatora Paula fon Lilienfelda (Paul von Lilienfeld, Павел Лилиенфелд) par Paulshafen jeb Pāvilostu.
O. Lilienfelds nākamās pilsētas teritorijā iznomāja apbūves gabalus, taču viņa apbūves plāns sākumā īstenojās lēni. Desmit gadu laikā tika uzbūvētas vien desmit mājas. Ostu izmantoja tikai daži zvejnieki, trīs nelieli muižas burinieki un velkonis, kas ar Upesmuižas precēm apgādāja Liepājas tirgu.
Pāvilostas attīstībai jaunu impulsu deva Liepājas kara ostas būvniecības uzsākšana 1893. gadā. No Pāvilostas apkārtnes uz Liepāju pa jūru tika vesti būvniecībai nepieciešamie akmeņi. Sakas upes grīva tika pielāgota akmeņu pārkraušanai un Pāvilostā no tuvas un tālas apkārtnes ieradās ostas celtnieki, strādnieki, krāvēji, jūrnieki, namdari un tirgoņi. Kad akmeņi vairs netika transportēti, Pāvilostā jau bija attīstījusies kuģniecība, zvejniecība, tirdzniecība un kuģubūve.
Līdz Pirmajam pasaules karam Pāvilostā pastāvēja trīs kuģubūvētavas, kurās būvēja nelielus buru kuģus — vienmastu "malkas jančus", kā arī divmastu gafelšonerus tālākiem reisiem. Šajā laikā Pāvilostā tika uzbūvēti 15 kuģi. Pēc kara kuģu būvniecība vairs netika atjaunota.
Pasaules kara laikā Pāvilostas motorlaivas un kuģi tika gan nogremdēti, gan pārdoti, gan konfiscēti. Pēc kara Pāvilostā no 26 motorlaivām bija palikušas tikai 2, no 26 buriniekiem — 4. Ostas tirdzniecība apsīka. Par ostas galvenajiem izmantotājiem un ciemata ekonomisko pamatu kļuva zvejnieki, kuru lomus uzpircēji un 1930. gadā dibinātais zvejnieku kooperatīvs pārdeva Aizputē, Skrundā un Saldū.
Pēc Latvijas okupācijas 1940. gadā zvejniekus piespiedu kārtā apvienoja artelī, 1944./1945. gadā, vairoties no atkārtotas padomju okupācijas, vairāki zvejnieki, līdzi ņemot ģimenes un draugus, motorlaivās aizbēga uz Zviedriju. Līdz 1949. gadam, kad artelis iegādājās pirmos zvejas kuģus, Pāvilostā zvejoja ar motorlaivām. 1951. gadā artelis pārtapa par zvejnieku kolhozu "Dzintarjūra", ko 1975. gadā pievienoja Liepājas zvejnieku kolhozam "Boļševiks". 1970. gadu beigās Pāvilostā bija ap 20 zvejas traleru. 1990. gadā zvejnieku kolhozu "Boļševiks" pārdēvēja par zvejnieku kopsaimniecību "Kursa", kuras Pāvilostas nodaļa 1994. gadā atdalījās, izveidojot akciju sabiedrību "Pāvilosta". Vairums ar akciju sabiedrību "Pāvilosta" nesaistīto zvejnieku šobrīd atkal zvejo ar motorlaivām.
Pāvilostai ir sava himna, kas sacerēta 1999. gadā. Mūzikas autors ir pāvilostnieks Uldis Marhilēvičs, tekstu sarakstījis Guntars Račs.[5]
2006. gadā ostā izbūvēja jahtu piestātni Pāvilosta Marina un 128 metrus garu zvejas piestātni.
2010. gadā pilnībā rekonstruēja Pāvilostas ostas molus, atjaunojot vēsturiskās bākas molu galos un veica ostas akvatorija padziļināšanas darbi līdz 4,5 metru dziļumam. Pašlaik Ziemeļu mola garums ir 287 metri, Dienvidu mola – 297,5 metri.
2011. gadā Sakas upes labajā krastā rekonstruēja viesjahtu piestātni un izbūvēja 90 m garu daudzfunkcionālu piestātni, kas atļauj Pāvilostas ostā ienākt neliela izmēra pasažieru prāmjiem.[6]
Lai arī 1913. gadā Pāvilostai piešķīra sašaurinātas pilsētas pašvaldības tiesības un 1930. gadā Saeimas Pašvaldību komisija nobalsoja par pilsētas tiesību piešķiršanu Pāvilostai (iedzīvotāju domas par šo soli dalījās), no 1925. gada līdz Otrajam pasaules karam Pāvilosta administratīvā izpratnē bija Sakas pagasta biezi apdzīvota vieta.[7] 1945.—1949. gadā Pāvilosta bija ciems Sakas pagastā, 1950.—1951. gadā — daļa no Pāvilostas ciema, 1952.—1961. gadā strādnieku ciemats, 1961.—1991. gads — pilsētciemats. Pilsētas tiesības Pāvilosta ieguva 1991. gada 28. novembrī.[8] No 2009. līdz 2021. gadam pilsēta bija Pāvilostas novada centrs.
Pāvilostas Lielais akmens (Jūrakmens). Lielākais jūrakmens Latvijas piekrastē, atrodas Baltijas jūrā, 100 metrus no krasta. Kopējais augstums ir 3,5 metri, apkārtmērs apmēram 15 metri. Padomju laikos Jūrakmens bija robežzīme, par kuru tālāk gar jūras krastu iedzīvotājiem iet bija liegts[9]
Pāvilostas muzejs. Ēkas pamatakmens likts 1879. gada 21. maijā, ostas atklāšanas ceremonijas laikā. Muzeja ēka ir pirmā mūra māja Pāvilostā. Ēka izmantota kā loču māja, krogs, spirta noliktava, vācu karavīru kazarmas, muita, bibliotēka un kolhoza kantoris. Muzejā apskatāma Pāvilostas un Sakas novada vēstures ekspozīcija. Muzeja ēka, laivas novietne un Sakas upes krasta bruģis 2007. gadā iekļauti Valsts aizsardzības pieminekļu sarakstā kā vietējas nozīmes arhitektūras piemineklis.[10]
Kultūras nams. Atrodas Baznīckalnā, kur 1908. gadā tika uzcelts brāļu draudzes lūgšanas nams, kas 1936. gadā cieta ugunsgrēka laikā. 1939. gadā pie kultūras nama tika veikti arheoloģiskie izrakumi un iegūti vairāki mezolīta un agrā neolīta krama priekšmeti.
Pāvilostas piecdesmitgades parks. Parkā aug ozols, ko 1929. gadā stādījis Gustavs Zemgals, kā arī Aizputes apriņķa priekšsēdētāja un valdes, Sakas pašvaldības pārstāvju, Pāvilostas organizācijas un skolēnu 1928. gada novembrī stādītie ozoli.
Simtgades parks. Parks izveidots par godu Pāvilostas simtgadei. Parka vidū atrodas Pāvilostas simtgades akmens, kas atvests no jūras piekrastes. Parkā iestādīta deputātu aleja, skolotāju liepu audze. Vaira Vīķe-Freiberga 2007. gadā parkā iestādīja liepu.