История современного Поронайска начинается с августа 1869 года. Тогда по соседству с селениями коренных жителей основали русское поселение — пост Тихменевский, который назвали в честь М. П. Тихменева, военного губернатора Приморской области в 1880-1881 годах.
Изначально он находился в устье рек Поронай и Черная, представляя собой военное поселение для охраны прибрежных вод, ставшее промежуточной точкой между южным и северным Сахалином. Со временем пост перемещался по берегу реки Черная и, наконец, к 1905 году закрепился в нынешнем месте. Основным населением поста стали отбывшие срок каторжане.
В этом же году, согласно Портсмутскому мирному договору, вместе с южной частью Сахалина до 50-й параллели поселение вошло в состав Японии. Его переименовали в Сикука (敷香, от айнского shikukka) ― большой, широкий.
Будущий Поронайск стал первым городом, расположенным на юг от 50-й параллели во времена губернаторства Карафуто. В городе построили бумажную фабрику мощностью 22 500 т бумаги в год. В районе также работала угольная шахта Найкава. Под управлением японской администрации город находился до освобождения Южного Сахалина советскими войсками в августе 1945 года. В то время в Сикуке проживали около 11 тысяч человек. После этого город переименовали в Поронайск (в честь реки Поронай), а также построили сульфатно-спиртовой завод, рыбоконсервный комбинат и швейную фабрику, которая работала до середины 1990-х годов.
В 1950-х годах в Поронайске открыли морской торговый порт, цементный завод, колбасную фабрику, рыболовецкий колхоз «Дружба», школы №7 и №8, а также детскую техническую станцию.
В 1960-е годы в населенном пункте появились широкоэкранный кинотеатр «Мир», асфальто-бетонный завод, городская механизированная прачечная, новый стадион, АТС на 500 номеров и Южно-Сахалинская ГРЭС.
В 1981 году ввели в эксплуатацию новый железнодорожный вокзал. Спустя 12 лет, в 1993 году в городе открылся Поронайский технический лицей традиционных промыслов народов Севера.
В мае 2006 года было создано муниципальное образование городской округ «Поронайский», а спустя шесть лет, в июле 2012 года, МО «Городской округ Вахрушев» и МО «Городской округ Поронайский» объединили в одно муниципальное образование «Поронайский городской округ».
Сегодня в состав муниципального образования входят: город и районный центр Поронайск, поселок городского типа Вахрушев, а также села Восток, Гастелло, Леонидово, Лермонтовка, Тихменево, Забайкалец, Майское, Малиновка, Матросово, Трудовое и Соболиное. В районе проживают более 21 500 человек.
Ведущую роль в экономике района играют топливно-энергетическая и рыбная отрасли. Первая представлена здесь предприятиями областного значения: Сахалинской ГРЭС, которая обеспечивает электроэнергией большинство районов острова и угледобывающим предприятием ООО «Сахалинуголь-7». Кроме того, в городе действует зверосовхоз «Поронайский», который награжден орденом «Знак Почета» и был неоднократным дипломантом ВДНХ СССР. На сегодняшний день Зверосовхоз «Поронайский» занимается лишь переработкой рыбы, хотя раньше здесь разводили норок и песцов. Значительный объем всей производимой продукции приходится на долю рыболовецкого колхоза «Дружба».
Также на территории Поронайского округа действуют более 30 предприятий, занятых в рыбной отрасли. Самыми крупными являются ООО «Муссон», ООО «Берег», ООО «Залив», р/к «Невское».
Кроме того, в Поронайске развита молочная и хлебопекарная индустрия. ОАО «Поронайский молокозавод» (награжден знаком «Лидер пищевой промышленности Сахалинской области») производит цельно- и кисломолочную продукцию в тетрапакетах, сметану, мороженое, сливочное масло, творог, йогурты с ягодно-фруктовыми добавками. Продукция пользуется спросом и в других районах области. ОАО «Поронайский хлебокомбинат» обеспечивает население района хлебом и хлебобулочными изделиями, а также кондитерской продукцией.