Nos anos 30, o empresário do ramo madeireiro Theodore Alfred Peterman (1893-1944) comprou uma frota de caminhões White para transportar a madeira de sua propriedade. No entanto, ele começou a modificar os modelos para adequá-los às suas necessidades.
No final dos anos 30, Peterman comprou a divisão de caminhões da Fageol e pretendia vender caminhões para o mercado madeireiro e em 1939 nasceu a Peterbilt Motors Company. A companhia cresceu rapidamente e até conseguiu um contrato para fabricar caminhões para ajudar os Estados Unidos na Segunda Guerra Mundial.
No entanto, Peterman faleceu em 1944 e sua esposa Ida vendeu a empresa em 1947 para um grupo de investidores. No pós-guerra a economia dos Estados Unidos estava aquecida e a Peterbilt vendia cada vez mais caminhões.
Em 1958, a companhia foi adquirida pela Pacific Car and Foundry (Paccar) e assim, passou a ser parceira da rival Kenworth. Nos anos 60, a empresa já figurava entre as maiores fabricantes de caminhões dos Estados Unidos, sendo que seus produtos tinham excelente reputação.
Em 1967 foi lançado o modelo pesado 359, notório por ter um grande capô para conseguir acomodar os maiores motores Diesel do mercado, que se tornou num dos maiores sucessos de vendas da companhia, sendo que dez anos depois já tinham vendido mais de 100 mil unidades!
Nos anos 80, a empresa investiu em modelos médios e aerodinâmicos para melhorar a economia de combustível. Em 1987 lançaram outro modelo icônico: o pesado 379 que sucedeu o bem sucedido 359.
Em 2005, a empresa encerra a produção do modelo de cabine avançada 362, sendo um dos últimos modelos pesados com essa configuração que foram vendidos nos Estados Unidos. No ano seguinte surge o 389, o sucessor do 379 que continuou perpetuando o sucesso começado ainda nos anos 60.
Atualmente, a empresa continua fabricando caminhões tradicionais e também aerodinâmicos, sendo especializado mais em modelos pesados, ainda que também tenha produtos na linha média.