精密機器納入業者であった縁でイタリア海軍より依頼を受け、パネライ一族が経営していた「スイス時計店」 (Orologeria Svizzera )が当時代理店だった縁でロレックスから防水ケースのノウハウやムーブメントの供与を仰ぎ、特殊潜水部隊のために軍事用ダイバーズウォッチ「ラジオミール」を1936年試作し1938年製品化した。

潜水服の上から装着できるようベルトは長く、視認性を保つためケースはφ47mmもある。
第二次大戦中、放射線物質であるラジオミールに代わり新たにルミノールが開発され、それを搭載したモデルが納入された。特徴は9時位置の右側にスモールセコンドがある点である。また当初は100m防水であったが、大型のリューズガードを装備するようになり、これにリューズを押さえるレバーを取り付けることによってリューズの密閉度を上げ、200m防水を達成した。このリューズガードとレバーは現在も続くデザインの特徴となった。

パネライはアレクサンドリア港攻撃に使用されて深海の暗黒において高い視認性を発揮し、作戦に参加し捕虜となったエミリオ・ビアンキは戦後「この時計がなかったら、作戦そのものが遂行不可能だったであろう」と証言され、その後エジプト軍などで制式採用された。

腕時計は長らく軍用のみだったが、軍需専門の精密機器メーカーだったために東西冷戦の終結とともに業績不振に陥いることとなった。
その打開策の一つとして1993年より一般向け時計の製造、販売を限定的に開始した。

1997年からスイスのコングロマリット、ヴァンドームグループ（現リシュモン）の傘下に入ってその時計ブランドとなった。

2005年に自社製ムーブメントを搭載した時計を発表し、マニュファクチュール化した。

最近では映画『トランスポーター』『トランスポーター2』でも使用されているが、この頃に映画俳優シルヴェスター・スタローンの特注による「スライテック・モデル」（スタローンの愛称である「スライ」に由来）も製作し、彼の出演映画『デイライト』でも使用されるなど当初からアメリカ映画界との繋がりは深い。