4 марта 1929 г. было принято решение ВСНХ СССР (Высший совет народного хозяйства СССР Совета Министров СССР - высший государственный орган по руководству промышленностью и строительством в стране) и подписан приказ о строительстве автомобильного завода. 6 апреля 1929 г. утверждено решение о выборе района около города Нижнего Новгорода для строительства будущего автозавода. 31 мая 1929 г. ВСНХ СССР и американская фирма "Ford Motor Company" заключили соглашение о технической помощи при организации и налаживании массового производства легковых автомобилей типа "Ford-А" и грузовых автомобилей типа "Ford-АА". Проектирование самого завода заказали фирме Albert Kann Inc. из Детройта, носившей имя своего основателя и главы Альберта Кана.

2 мая 1930 г. под Нижним Новгородом был заложен первый камень в фундамент будущего автомобильного завода, завод был построен за 18 месяцев.

Нижегородский автомобильный завод (НАЗ) вступил в строй 1 января 1932 и в этом же году, 29 января, с его конвейера сошёл первый 1,5-тонный грузовик НАЗ-АА (с 1933 года - ГАЗ-АА). С декабря 1932 г. на автозаводе началась сборка легкового автомобиля среднего класса ГАЗ-А.

Несмотря на то, что первые автомобили завода изготавливались по чертежам американской фирмы Ford, они уже изначально несколько отличались от американских прототипов: на ГАЗовских моделях были усилены картеры сцепления и рулевые механизмы, изменена форма радиаторов, дюймовые гайки были заменены на миллиметровые.

17 апреля 1935 года, с конвейера завода сошёл стотысячный автомобиль. Это был легковой ГАЗ-А. Таким образом, ГАЗ оказался первым автомобилестроительным предприятием в стране, выпустившим 100 000 автомобилей. Согласно соглашению с Ford Motor, ГАЗ продолжал получать техническую поддержку американской фирмы на протяжении ещё 5 лет после пуска завода.

Новой вехой в истории завода стало создание и освоение легкового автомобиля М-1. По соглашению, подписанному с фирмой "Форд", этому автомобилю, как и ГАЗ-А, был также определен свой фордовский прототип. Однако конструкторский коллектив ГАЗа решительно отказался от банального копирования американского образца и внес значительные изменения в конструкцию автомобиля. Вместо двигателя V-8 был пременен старый двигатель ГАЗ-А, форсированый с 40 до 50 л.с. Но главные изменения коснулись шасси: были созданы рама повышенной прочности и новая конструкция подвески (на четырех рессорах вместо двух поперечных у аналога); спицевые колеса уступили место дисковым штампованным с шинами, увеличенной размерности. В итоге ГАЗ-М1, как и все последующие модели легковых автомобилей ГАЗ, получился выносливым, прочным, неприхотливым.

Перед самым началом Великой Отечественной войны на ГАЗе был создан армейский командирский полноприводный автомобиль («джип») ГАЗ-64 по типу американской модели Willys-MA. Его удалось запустить в серию в рекордно короткий срок.

В годы Великой Отечественной войны предприятие было целиком переориентировано на выпуск военной техники. В начальный период войны в кратчайшие сроки был освоен выпуск джипов ГАЗ-64 и лёгких танков Т-60. Весной 1942 года на производство встал лёгкий бронеавтомобиль БА-64 на базе джипа ГАЗ-64. В 1943 году были освоены модернизированный (с уширенной колеёй) бронеавтомобиль БА-64Б и унифицированный с ним по шасси джип ГАЗ-67, а также лёгкий танк Т-80. В начале 1944 года было начато производство лёгкого танка Т-80, но затем его свернули в пользу выпуска самоходных установок СУ-76 и позже СУ-76М, необходимых для противотанковой артиллерии. Был освоен модернизированный джип ГАЗ-67Б, выпускавшийся и в послевоенное время. Кроме того, ГАЗ массово выпускал двигатели, миномёты и прочую продукцию военного назначения.

В послевоенные годы изменился практически весь модельный ряд завода. Первым в ряду новинок стоял грузовик ГАЗ-51. Их массовый выпуск начался в январе 1946 г. Этот автомобиль вошел в историю как безупречно надежный, рациональный и экономичный. Он продержался на конвейере 29 лет. Конструкция автомобиля оказалась удачной и послужила базой для ряда других машин.

Вторым был освоен автомобиль ГАЗ М-20, знаменитая "Победа". Первая партия была собрана в июне 1946 г. Этому автомобилю суждено было стать не просто этапным, а вписать яркую страницу в историю не только отечественного, но и мирового автомобилестроения. "Победа" стала первым советским автомобилем с несущим кузовом и первым в мире серийным автомобилем с кузовом "бескрылой" формы.

В 1948 году коллектив конструкторов во главе с А.А. Липгартом и Н.А. Юшмановым по правительственному заданию начал проектирование нового легкового автомобиля большого класса, получившего индекс ГАЗ-12 "ЗИМ". Первая промышленная партия была выпущена уже в 1950 году. Автомобиль обладал рядом прогрессивных для того времени технических решений и отличался высоким уровнем комфорта: обогрев задних сидений, трехдиапазонный радиоприемник, переключатель указателей поворота с автоматическим сбросом.

В 1956 году на смену «Победе» пришёл седан среднего класса «Волга» ГАЗ-21, претерпевший на пути к массовому производству ряд модернизаций. В 1959-м «ЗИМ» сменила элегантная «Чайка» ГАЗ-13, продержавшаяся в производстве свыше двух десятилетий.

Работам коллектива конструкторов и дизайнеров завода ГАЗ, таким как ГАЗ-21 «Волга», ГАЗ-13 «Чайка» и грузовик ГАЗ-52 на Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 году была присуждена высшая награда - Гран-при.

В 1960-е завершилось обновление линейки грузовых автомобилей. Вставшие на конвейер ГАЗ-52 (1961), ГАЗ-53 (1961) и ГАЗ-66 (1964) образовали третье поколение грузовых автомобилей ГАЗ. На ГАЗ-53 и ГАЗ-66 начали устанавливать новые силовые агрегаты с мощным карбюраторным двигателем V8. Полноприводный грузовик двойного назначения ГАЗ-66 был первым среди автомобилей СССР удостоен Государственного знака качества.

В 1977 году начался выпуск ГАЗ-14 «Чайка.

24 августа 1971 года на базе заводов-филиалов и производств головного предприятия образовано производственное объединение «АвтоГАЗ». В 1973 году оно переименовано в ПО «ГАЗ», в состав которого вошли 11 заводов.

За успешное освоение производства новых грузовых и легковых автомобилей для народного хозяйства в 1971 году автозавод ГАЗ награждён орденом Ленина.

В эти годы начинается разработка следующего поколения грузовых автомобилей ГАЗ с прицелом на их дизелизацию, а также намечается существенная модернизация «Волги».

В марте 1981 года с конвейера завода сошёл 10-миллионный автомобиль ГАЗ.

В 1980-е годы, руководствуясь правительственной программой дизелизации, ГАЗ начинает работу над грузовиком четвёртого поколения и дизельным двигателем для него. В 1984 году был собран первый грузовой автомобиль ГАЗ-4301 с дизельным двигателем воздушного охлаждения, полностью самостоятельной разработкой специалистов завода ГАЗ.

В конце 1980-х началась разработка принципиально нового семейства легковых автомобилей с передним и полным приводом. Первым началось проектирование представительского седана ГАЗ-3105, который впоследствии выпускался ограниченной серией. Предназначенные для массового производства седаны ГАЗ-3103 (передний привод) и ГАЗ-3104 (полный привод) из-за кризиса в 1990-х так и не стали серийными.

1989 году на волне перестройки на заводе начались инициативные работы по созданию малотоннажного грузовика полной массой до 3,5 тонн. Благодаря системе конструирования САПР и ускоренной процедуре испытаний будущее семейство «ГАЗель» встало на конвейер в рекордно короткие сроки - ещё в первой половине 1990-х. С конца 1989 года на конвейер встал переходный от третьего к четвёртому поколению грузовик ГАЗ-3307.

В декабре 1995 года - собран 15-миллионный автомобиль марки «ГАЗ».

В 1996 году ГАЗ стал первым в России производителем, применившим на своих моделях двигатели с 4-мя клапанами на цилиндр. Это были 2,3-литровые 4-цилиндровые моторы семейства ЗМЗ-406.

В 1997 году ГАЗ приобрёл лицензию у австрийской компании Steyr на производство малолитражных дизельных двигателей для легковых автомобилей, микроавтобусов и лёгких грузовиков. Также в 1997 году ГАЗ заключил соглашение с итальянским концерном Fiat о создании совместного предприятия под названием «Нижегород-моторс» по сборке легковых автомобилей Fiat. Под новое СП были подготовлены площади цехов бывшего завода дизельных двигателей ГАЗ, простаивавшие после сворачивания их выпуска, но из-за дефолта 1998 года проект не состоялся.

В ноябре 2000 года контрольный пакет ОАО «ГАЗ» был приобретён компанией «Базовый элемент», Олега Дерипаски. В 2001 году ОАО «ГАЗ» вошло в состав автомобилестроительного холдинга «РусПромАвто», который в результате кардинальной реструктуризации 2005 года преобразован в холдинг «Группа ГАЗ», где ОАО «ГАЗ» отведена роль головного предприятия.

2005 году предприятие смогло освоить серийный выпуск нового семейства низкорамных среднетоннажных грузовиков ГАЗ-3310 «Валдай», а общее оживление экономики повысило спрос и на традиционные среднетоннажные грузовики ГАЗ-3307, 3309 и ГАЗ-3308 «Садко».

Дивизион «Легковые автомобили» осуществил в июне 2007 года рестайлинг салона седанов «Волга» (31105 и 3102), но падение спроса на морально устаревшие модельный ряд и кризис заставили ГАЗ свернуть в конце 2008 года производство данных моделей.

В развитие легкового модельного ряда «Группа ГАЗ» купила в 2006 году у концерна DaimlerChrysler сборочное предприятие Стерлинг-Хиллз, производившее среднеразмерные седаны Chrysler Sebring и Dodge Stratus. На оборудовании вывезенном из США с июля 2008 года организован выпуск собственной модели сегмента Е Volga Siber. Объем производства Volga Siber предполагался в количестве 65 тыс. в год, но модель оказалась непопулярной, и после выпуска 8,7 тыс. автомобилей сборка была свёрнута 31 октября 2010 года.

6 мая 2009 года «Группа ГАЗ» продала малайзийскому концерну Weststar свой британский завод LDV Holdings, который принадлежал российскому концерну на протяжении трёх лет и выпускал коммерческие автомобили под маркой Maxus. Поставки сборочных комплектов Maxus на ГАЗ были прекращены в том же 2009 году, а модель выведена с российского рынка.

23 декабря 2010 года концерн Daimler и «Группа ГАЗ» подписали соглашение об организации производства легких коммерческих автомобилей Mercedes-Benz Sprinter (серии W901-W905) на Горьковском автозаводе. Выпуск LCV намечен на 2011 год.

В начале февраля 2011 года «Группа ГАЗ» и американский концерн GM подписали соглашение о констрактной сборке на мощностях АЗ ГАЗ нового поколения модели Chevrolet Aveo. Начало сборки предполагается с лета 2012 года.