La Palme d'or fut décernée pour la première fois en 1955 (à Delbert Mann, pour "Marty"). Le trophée est alors destiné à remplacer le Grand Prix, remis jusque-là au meilleur film présenté en compétition officielle. Le dessin retenu est celui de la créatrice de bijoux Lucienne Lazon. Le trophée en forme de palme fait référence aux armoiries de la cité cannoise. Elle se distingue par sa tige coupée en biseau, formant un coeur.

La Palme d'or se fit temporairement voler la vedette par le Grand Prix du Festival, de 1964 à 1974, avant une réintroduction en 1975. Elle est le dernier prix proclamé, par ordre d'importance croissante, lors du Palmarès de la cérémonie de clôture.

La Palme d'or est alors remise dans un écrin de maroquin rouge, capitonné de daim blanc. Mais dans les années 80, le Festival opte pour un socle en forme pyramidale. En 1992, la Palme est de nouveau redessinée, et son socle devient en cristal taillé main.

En 1997, la fabrication de la Palme passe aux mains du joaillier Chopard. La prestigieuse maison helvétique fournit chaque année une Palme, en or 24 carats, coulée à la main dans un moule en cire, puis fixée sur un coussin de cristal taillé. La même année, une "Palme des Palmes" est attribuée à Ingmar Bergman, et remise à sa fille, Linn Ullmann, en présence de 28 cinéastes récompensés précédemment.

Seuls cinq réalisateurs ont été "palmés" à deux reprises : Francis Ford Coppola (pour "Conversation Secrète" en 1974, et "Apocalypse Now" en 1979), le Japonais Shohei Imamura (pour "La Ballade de Narayama" en 1983 et "L'Anguille" en 1997), le Danois Bille August (pour "Pelle le conquérant" en 1988 et "Les Meilleures intentions" en 1992), Emir Kusturica ("Papa est en voyage d'affaires" en 1985 et "Underground" en 1995), et les frères belges Luc et Jean-Pierre Dardenne ("Rosetta" en 1999 et "L'Enfant" en 2005). Ces derniers ont d'ailleurs l'occasion de réaliser un triplé cette année, puisque leur dernier long métrage, "Le gamin au vélo", fait partie des 19 films sélectionnés en compétition officielle. 

A noter, les Etats-Unis sont le pays le plus titré à Cannes (20 palmes et grands prix), devant la France (11), l'Italie (10), le Royaume-Uni (10), le Danemark (4) et le Japon (4). Seul un film de réalisatrice a reçu à ce jour la Palme d'or, à savoir "La leçon de piano" de Jane Campion, en 1993.