M109系列自行榴彈炮有A1-A6共6種改進型車。其中，A1到A6已經大量裝備到部隊。

M109A1 1970年定型，主要改進處是換裝了身管長為39倍口徑的M185 155mm榴彈炮，並改進了發射藥，使發射榴彈的射程由14.6km提高到18.1km。

M109A2 1977年定型，改進的重點是輸彈機、反後坐裝置和炮塔尾艙籌，攜彈量由原來的28發增加到36發。

M109A3 按照A2的標準對Al型改裝的產品。所以，有時也稱M109A2/A3型。

M109A4 主要改進是三防裝置以及整車可靠性、可用性和可維護性。

M109A5 主要改進是採用了“改進的武器系統”，發射火箭增程彈時，最大射程可達30km，可以看出，儘管執A1型到A5型，都對M109自行榴彈炮進行了不少的改進，但均屬於“小打小鬧”真正作了重大改進的是A6型。

1992年4月，美國陸軍接收了第一批生產型M109A6“俠士”155mm自行榴彈炮，它是，“在下個世紀第一個10年，裝甲野戰炮兵系統出現之前，美軍的重型裝甲機械化部隊的主要火力支援武器"。由於A6型有許多重大改進，可以認為，它是一種全新的自行榴彈炮。

A6型的戰鬥全重增加到28.7t，由於採用了半自動裝彈系統，使乘員由6人減為4人。由於身管和發射藥的改進，使發射榴彈時的射程由 18.1km增加到23.5km。重大的改進處還有：帶凱夫拉襯層的新型鋁合金焊接炮塔，用於貯存發射藥的全寬炮塔尾艙，以計算機為基礎的自動火控系統，遙控身管行軍固定器，新的隔艙化佈置，新型自動滅火抑爆系統和集體三防裝置以及空調系統，外加特種附加裝甲等。

M109型自行榴彈炮是一種很古老的155毫米自行榴彈炮，也世界上裝備數量和國家最多、服役期最長的自行榴彈炮之一，是上世紀70至90年代西方國家的標準自行火炮。美華人持續改進該炮，在幾十年服役期間具有強大的生命力。

原型M109型155毫米自行榴彈炮於1952年8月正式開始研製，1963年開始列裝。該炮配用M126A1式24倍口徑身管火炮，採用液壓駐退機、高低機和方向機，彈藥攜行量28發，最大射程14.6千米。

M109A1型榴彈炮於1966年開始改進，1973年開始裝備部隊。A1的主要改進之處是將身管換成M185式39倍口徑身管火炮，改進了高低機、方向機和懸掛系統。採用M119發射裝藥，使射程從14.6千米增大到18.1千米，發射火箭增程彈時射程可達24千米。

南韓海軍陸戰隊第2步兵師的M109A2型自行榴彈。

M109A2型於1977年面世，是以M109A1為基礎進行的第二次改進，提高了可靠性和可維修性，1980年開始裝備部隊。

M109A3是美國陸軍以M109A1為基礎、應用M109A2的技術改造而成的型號，與M109A2同年裝備部隊。

M109A4以M109A2/A3為基礎，改進了三防裝置，提高了可靠性和可維修性，1987年開始裝備部隊。

M109A5是M109A4的改進型，採用新型的M284身管和M182炮架，發射火箭增程彈射程可以達到30千米。

M109A6“帕拉丁”於1988年製成樣炮，到1999年裝備950門。A6的射速和射程都有較大提高，最大射速4發/分，持續射速1發/分，發射普通榴彈時的最大射程為24千米，發射火箭增程彈時的最大射程達到30千米，彈藥攜帶量也增加到39發。

M109A6配備自動射擊火控系統，可單炮獨立作戰，直接獲得射擊指令，自動操炮，毋需配合射擊指揮車。從接獲射擊命令，停車佔領陣地，自動測地，完成射擊準備到第一發炮彈出膛不到1分鐘。 從M109A6的發展歷程可以看出，美軍重點是循序漸進的對硬體進行提高和完善，注重利用高新技術，特別是資訊化技術對火炮進行改造，並大力發展精確制導彈藥。