Το ποδόσφαιρο στον Πύργο άρχισε να διαδίδεται, κυρίως, στις αρχές του 20ού αιώνα. Αρχικώς, αγκαλιάστηκε από την λαϊκή μάζα και σταδιακά άρχισε να κερδίζει ολοένα και περισσότερο κόσμο. Πιτσιρικάδες με αυτοσχέδιες μπάλες σε κάθε γειτονιά μυήθηκαν, με το πέρασμα του χρόνου, στο καινούργιο άθλημα και αγάπησαν το ποδόσφαιρο. Ένας από τους πρώτους ποδοσφαιρικούς αγώνες στον Πύργο ήταν ο αγώνας μιας ομάδας Πυργιωτών κόντρα σε μια ομάδα Άγγλων εργατών που διέμεναν στο λιμάνι του Κατακόλου.
Η ιστορία του ποδοσφαίρου με την μορφή σωματείων στον Πύργο ξεκινάει την περίοδο του μεσοπολέμου. Μία από τις πρώτες ομάδες της πόλης (μαζί με τον Ερμή Πύργου) ήταν ο Ηρακλής Πύργου, ο οποίος είχε ιδρυθεί ανεπίσημα το 1918 και απέκτησε επίσημο καταστατικό το 1923. Είχε αγωνιστεί με αξιώσεις στο πρωτάθλημα της Ε.Π.Σ. Πατρών, καθώς η Ηλεία δεν διέθετε ακόμα δική της ποδοσφαιρική ένωση, έχοντας μάλιστα διεκδικήσει τον τίτλο σε ορισμένες περιπτώσεις (το 1931 διέθετε αρκετά δυνατή ομάδα τερματίζοντας, τελικά, ως 2ος). Ο Ηρακλής είχε ως έδρα την περιοχή του παλαιού νοσοκομείου, ενώ πρόεδρος της ομάδας ήταν ο εργοστασιάρχης Καραβασίλης. Τα χρώματα του Ηρακλή ήταν το μπλε και το άσπρο.
Μια από τις πιο ισχυρές ομάδες του Πύργου, καθώς και μια από τις ομάδες που δημιούργησαν μετέπειτα τον Πανηλειακό, ήταν ο Εθνικός Πύργου. Ο Εθνικός ιδρύθηκε το 1927, όμως μετά από λίγο καιρό, το σωματείο ήταν ανενεργό και επανιδρύθηκε το 1938. Αγωνιζόταν και αυτός στην Ε.Π.Σ. Πατρών. Η ομάδα του Εθνικού ήταν ιδιαίτερα δημοφιλής στην εργατική τάξη, καθώς ήταν κατά βάση ομάδα του λαού, ενώ πολλές φορές δεν είχε πρόεδρο ή η θέση αυτού δεν είχε ιδιαίτερη σημασία. Βέβαια, πρόεδρος της ομάδας διετέλεσε και ο ιδρυτής του Πανηλειακού, Νίκος Λαμπαούνας. Ο Εθνικός αγωνιζόταν στην περιοχή όπου βρίσκεται σήμερα το Εθνικό στάδιο Πύργου, ενώ είχε και αυτός, κατά περιόδους, αρκετά αξιόμαχη ομάδα. Τα χρώματα της ομάδας ήταν το πράσινο και το άσπρο.
Η τρίτη ομάδα του Πύργου, με την ένωση της οποίας μαζί με τις δύο παραπάνω δημιουργήθηκε ο Πανηλειακός, ήταν η Α.Ε.Κ. Πύργου, η οποία δημιουργήθηκε το 1929 από τον Γ. Παυλίδη. Η Α.Ε.Κ. επαναλειτούργησε μετά το τέλος του πολέμου το 1944. Τα χρώματά της, φυσικά, ήταν το κίτρινο και το μαύρο και είχε ως έδρα την περιοχή στα Χαλικιάτικα. Αγωνίστηκε και αυτή στο πρωτάθλημα της Ε.Π.Σ. Πατρών. Από την Α.Ε.Κ. πέρασαν μεγάλοι παίκτες, οι οποίοι μετέπειτα πρωταγωνίστησαν στον Πανηλειακό, όπως ο Θεόδωρος Θεοχαρόπουλος και ο Μιχάλης Κλαυδιανός.
Την περίοδο 1956/57 οι τρεις ομάδες του Πύργου είχαν μια πολύ κακή χρονιά τερματίζοντας τελευταίες στο Περιφερειακό πρωτάθλημα της Ε.Π.Σ. Πατρών. Έτσι, πάρθηκε η μεγάλη απόφαση που θα άλλαζε την ιστορία του ποδοσφαίρου στον Πύργο και στην Ηλεία, γενικότερα, για την δημιουργία ενός ενιαίου σωματείου στην πόλη. Το 1957 ο Ηρακλής, ο Εθνικός και η Α.Ε.Κ. θα ενωθούν και θα φτιάξουν τον Πανηλειακό (αν και επίσημο έτος ίδρυσης της ομάδας είναι το 1958) επιλέγοντας ως χρώματα του νέου σωματείου το κόκκινο και το άσπρο. Ο Πανηλειακός ήταν η ομάδα που έμελλε να γίνει η πιο ισχυρή της Ηλείας. Η επιλογή του ονόματος ήθελε να δείξει την εκπροσώπηση της γενικότερης περιοχής της Ηλείας από το σωματείο. Την επόμενη χρονιά θα ενσωματωνόταν στον Πανηλειακό και ο Απόλλων Πύργου (παίκτες του Απόλλωνα).
Από το 1958 μέχρι και το 1965 ο Πανηλειακός θα αγωνιζόταν στο πρωτάθλημα της Ε.Π.Σ. Πατρών, όπως ακριβώς και οι προηγούμενες ομάδες του Πύργου (είχε χάσει την άνοδο στην Β' Εθνική από την Θύελλα Πατρών το 1963). Το έτος 1965/66 θα ιδρυθεί για πρώτη φορά η Γ' Εθνική κατηγορία και ο Πανηλειακός θα συμμετάσχει σε αυτήν. Το έτος 1970/71 με τον παλιό άσσο της Α.Ε.Κ. και θρύλο του ελληνικού ποδοσφαίρου, Κώστα Νεστορίδη, στον πάγκο θα κερδίσει την άνοδο για τη Β' Εθνική (είχαν προηγηθεί τα ανεπιτυχή μπαράζ της περιόδου 1969/70 και οι αγώνες του 1964/65 κόντρα στον Ολυμπιακό Πατρών).
Το 1971/72 θα είναι η πρώτη φορά που η ομάδα θα πάρει μέρος στο πρωτάθλημα της Β' Εθνικής. Από εκεί και έπειτα, ο Πανηλειακός θα κινούνταν μεταξύ Β' και Γ' Εθνικής. Η σεζόν 1982/83 θα είναι η τελευταία χρονιά για τον Πανηλειακό στη Β' Εθνική, καθώς το 1983 θα υποβιβαστεί μετά από μια άσχημη χρονιά, στη Γ' Εθνική όπου και θα παραμείνει μέχρι και τη σεζόν 1986/87.
Από εκεί και πέρα θα έρθουν τα "πέτρινα" χρόνια της ομάδας, αφού τη χρονιά 1987/88 ο Πανηλειακός αγωνιζόμενος με πολλά προβλήματα (κυρίως διοικητικά) θα υποβιβαστεί από τη Δ' Εθνική. Έτσι, η περίοδος 1988/89 θα βρει τον Πανηλειακό στο ναδίρ της ιστορίας του αγωνιζόμενο στην Α' Τοπική κατηγορία της Ε.Π.Σ. Ηλείας. Εκεί, όμως, που όλα έδειχναν δυσοίωνα για το μέλλον του συλλόγου, μετά από παρότρυνση κάποιων στενών φίλων του, ο Ηλείος επιχειρηματίας, Σάκης Σταυρόπουλος, θα αναλάβει τα ηνία της διοίκησης του συλλόγου και η ομάδα θα βρει στο πρόσωπό του τον πρόεδρο που δεν είχε ποτέ.
Έτσι λοιπόν, τη χρονιά 1988/89 ο Πανηλειακός θα κάνει περίπατο και θα κερδίσει την άνοδο στη Δ' Εθνική, συναντώντας αντίσταση μονάχα από την συμπολίτισσα Π.Α.Ε. Πύργου '79 και ξεκινώντας σταδιακά το ταξίδι του προς την επάνοδο. Την περίοδο 1989/90 ο Πανηλειακός θα αγωνιστεί στη Δ' Εθνική και θα κερδίσει το πρωτάθλημα με τον Χουάν Ραμόν Ρότσα σε ρόλο παίκτη-προπονητή, σε μια χρονιά κατά την οποία η ομάδα του Πύργου έσπασε κάθε ρεκόρ σε αριθμό εισιτηρίων όντας 15η σε πανελλαδικό επίπεδο. Τη χρονιά 1993/94 ο Πανηλειακός θα τερματίσει 1ος στη Γ' Εθνική σπάζοντας όλα τα ρεκόρ με 24 νίκες και μόλις 4 ήττες, ενώ ολοκλήρωσε το πρωτάθλημα με 91 γκολ ενεργητικό έναντι μόλις 25 γκολ παθητικού κερδίζοντας, έτσι, το εισιτήριο για τη Β' Εθνική.
Την περίοδο 1994/95, λοιπόν, ο Πανηλειακός θα επιστρέψει μετά από απουσία 11 χρόνων στη Β' Εθνική. Εκεί έχοντας στο ρόστερ του παίχτες-ορόσημο για το ελληνικό ποδόσφαιρο, όπως ο Πρέντραγκ Τζόρτζεβιτς, ο Ζόραν Σλίσκοβιτς και ο Στέλιος Γιαννακόπουλος, θα τερματίσει στην 1η θέση και θα γίνει η πρώτη και μοναδική έως και σήμερα ομάδα της Ηλείας που θα έχει αγωνιστεί στην Α' Εθνική.
Η ομάδα του Πύργου θα κερδίσει αμέσως την εκτίμηση του φίλαθλου κοινού χάρη στο όμορφο και γεμάτο πάθος ποδόσφαιρο που θα παρουσιάσει, ενώ ο κόσμος του Πύργου και της Ηλείας γενικότερα, θα σταθεί δίπλα του κατακλύζοντας το Εθνικό στάδιο Πύργου. Η σεζόν 1996/97 θα είναι αναμφισβήτητα η καλύτερη χρονιά για τον Πανηλειακό, αφού θα τερματίσει στην 7η θέση έχοντας 13 νίκες κι ενώ στον α' γύρο η ομάδα θα πλασαριζόταν στις πρώτες θέσεις του βαθμολογικού πίνακα. Η παρουσία του Πανηλειακού στην Α' Εθνική θα συνεχιζόταν μέχρι το 2000/01 όπου η ομάδα, μετά από 6 χρόνια συνεχόμενης παρουσίας και καταπληκτικών εμφανίσεων πετυχαίνοντας ιστορικές νίκες απέναντι σε όλες τις μεγάλες ομάδες του ελληνικού ποδοσφαίρου, θα ξαναγυρνούσε στη Β' Εθνική (μετά τα περιβόητα μπαράζ με την Παναχαϊκή όπου ο Πανηλειακός έγινε μάρτυρας μιας ανεκδιήγητης διαιτησίας, η οποία δεν άφηνε κανένα περιθώριο αμφιβολίας για το ποια ομάδα θα υποβιβαζόταν).
Στη Β' Εθνική ο Πανηλειακός θα έμενε για 2 χρόνια, καθώς το 2003/04 θα επέστρεφε και πάλι στην Α' Εθνική. Δυστυχώς, όμως, αυτή την φορά η παρουσία της ομάδας στα ''μεγάλα σαλόνια'' θα διαρκούσε μόνο για μία χρονιά, αφού το τέλος της σεζόν θα έβρισκε τον Πανηλειακό στην προτελευταία θέση της βαθμολογίας.
Μέτα το 2004 και τη σταδιακή αποχώρηση του ηγέτη της ομάδας, Σάκη Σταυρόπουλου, από τη διοίκηση του Πανηλειακού, η πορεία της ομάδας ήταν φθίνουσα αντιμετωπίζοντας τεράστια προβλήματα οικονομικής φύσεως και φτάνοντας μέχρι τον υποβιβασμό στη Δ' Εθνική. Τη σεζόν 2009/10 ο Πανηλειακός θα τερματίσει 1ος στον 6ο Όμιλο της Δ' Εθνικής επιστρέφοντας έτσι στη Γ' Εθνική και γεμίζοντας ξανά με ελπίδες για το μέλλον τους φιλάθλους-οπαδούς του, που συνέχισαν να βρίσκονται δίπλα του και να στηρίζουν την αγαπημένη τους ομάδα.
Τη χρονιά 2012/13 ο Πανηλειακός θα κερδίσει την άνοδο για τη Β' Εθνική, ύστερα από την αναδιάρθρωση των πρωταθλημάτων. Τα επόμενα χρόνια θα βρουν την ομάδα έρμαιο διάφορων διοικήσεων, οι οποίες θα προσπαθήσουν να εκμεταλλευτούν την εμπλοκή τους στα διοικητικά της ομάδας προς όφελός τους και θα οδηγήσουν τον Πανηλειακό στην πιο ''μαύρη'' σελίδα της ιστορίας του, καθώς στα μέσα της σεζόν 2014/15 θα αναγκαστεί να αποχωρήσει από το πρωτάθλημα της Β' Εθνικής, ενώ τη σεζόν 2015/16 η ομάδα δεν θα κατορθώσει να κατέβει στο πρωτάθλημα της Γ' Εθνικής παραμένοντας ανενεργή και θα υποβιβαστεί στην Α1' Τοπική κατηγορία της Ε.Π.Σ. Ηλείας.
Παρόλα αυτά, η σεζόν 2016/17 βρήκε τον Πανηλειακό με νέα διοίκηση, αποτελούμενη από μια ομάδα σημαντικών επιχειρηματιών της πόλης, με στόχο την άμεση επάνοδο της ομάδας στις Εθνικές κατηγορίες, κάτι που επετεύχθη με σχετική άνεση κατακτώντας τόσο το πρωτάθλημα όσο και το Κύπελλο και το Σούπερ Καπ της Ε.Π.Σ. Ηλείας.
Η παρουσία των ερυθρόλευκων στη Γ' Εθνική διήρκεσε για 3 χρόνια κατακτώντας μία 3η και μία 5η θέση αντίστοιχα, ενώ η τρίτη σεζόν (2019/20) βρήκε τον Πανηλειακό "ακέφαλο" και με τεράστια διοικητικά και οικονομικά προβλήματα γνωρίζοντας εν τέλει τον υποβιβασμό στην Α1' Τοπική κατηγορία της Ηλείας.
Το καλοκαίρι του 2020 ένα νέο διοικητικό σχήμα με επικεφαλή τον πρώην πρόεδρο της ομάδας κατά την περίοδο 2011-2013, Κώστα Ντάβαρη, ανέλαβε τις τύχες του Πανηλειακού με μοναδικό στόχο την άμεση επαναφορά της ομάδας του Πύργου στις Εθνικές κατηγορίες.