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Le M109 est employé au combat pour la première fois par les Ètats-Unis durant la guerre du Viêt Nam, au Sud-Vietnam à partir de 1965 puis durant la seconde guerre du Golfe de 1991, la guerre d'Afghanistan et la guerre d'Irak. Tsahal l'utilisent également durant la guerre du Kippour en octobre 1973, et au Liban, en 1982 et 2006. L'Iran l'employa durant la guerre Iran-Irak et pour des opérations à l'intérieur de ses frontières.
La dernière version de série produite, le M109A6, rebaptisée Paladin construite dans les années 1990 par United Defense, est aujourd'hui l'obusier automoteur standard des forces mécanisées américaines et forme l'ossature des unités d'artillerie.
En 1993, la British army commence le remplacement de ses M109 par des AS-90. Dans les années 2000, les M109 de plusieurs membres de l'OTAN sont en cours de remplacement par l'obusier automoteur allemand Panzerhaubitze 2000 (PzH 2000), qui sert aussi durant la guerre d'Afghanistan.
Le M109 PIM des années 2010 n'a plus rien en commun avec les premières versions des années 1960.
Avec l'annulation du programme de développement Crusader, en mai 2002, les 950 Paladin encore en service resteront au sein des unités mécanisées de l'US Army et de l'US Marine Corps jusqu'à leur remplacement par le M109 PIM (Paladin Integrated Management), qui sera basé sur le châssis du M2 Bradley. 580 exemplaires produits par BAE Systems sont prévus, les premiers prototypes sont en cours de test en 2011 pour une production en série limitée prévue à partir de 2013, d'une masse de 40 tonnes, la cadence de tir d'un maximum de 4 coups par minute n'a pas été augmentée, mais l'électronique embarquée améliore grandement la précision.
La Suisse a lancé un programme de remise à niveau et de modernisation de ses obusiers M109: KAWEST. Ces modifications suisses sont également appliquées pour les M109 chiliens par la firme RUAG Land Systems.
• M109 KAWEST (Kampwertsteigerung) : Série de modifications apportées sur le M109A5 de l'armée suisse. Canon suisse L47 de 155mm à la place du M284 américain. Six hommes d'équipage, dont trois chargeurs au lieu des huit habituels. Accroissement de la capacité d'emport de charge (40 obus), modernisation des systèmes informatiques de bord. Amélioration également du moteur et de la boite de vitesse, etc.