Первые люди появились в Паанаярви в 5-6 тысячелетиях до нашей эры. Древнейшее население Паанаярви занималось собирательством, охотой и рыболовством. Об этом свидетельствуют каменные инструменты и глиняная посуда, обнаруженные на берегах озер Паанаярви и Пяозеро. Найденное крестьянами в конце XIX века каменное долото хранится в Национальном музее в Хельсинки. В послевоенный период на берегах Пяозера было обнаружено 15 древних стоянок различных эпох (от каменного до железного веков).

Ко временам средневековья район озера Паанаярви заселяли саамские племена. Памятниками этой эпохи являются культовые комплексы на горах Нуорунен и Кивакка. При строительстве дороги у озера Таваярви был найден клад саамских серебряных украшений XI – XII веков. Имеются и письменные средневековые источники, свидетельствующие о том, что саамы издревле заселяли район Паанаярви – Пяозера.

В XII – XIV веках район Паанаярви, как и вся северная Лапландия, входил в состав Великого Княжества Новгородского. В 1595 году Паанаярви, ставшее практически бесхозным после разгрома Новгорода Иваном III, вошло в состав Королевства Швеции.

Первоначально новые финские поселения на этой территории были запрещены. В то же самое время постоянные войны вынуждали карельское население оставлять пределы России и переселяться в более спокойные леса в окрестностях Пяозера и Паанаярви. Так, например, род Сиркейнена (Сергеева) переселился на Паанаярви из Костамукши.

Решающим в деле освоения территории Паанаярви был 1673 год, когда королевским постановлением Лапландия была открыта для нового заселения и переселенцам было предоставлено пятнадцатилетнее освобождение от всех налогов. В 1769 году на Паанаярви появилось первое финское поселение. Финн Тэрмянен приобрел у карела Маронова существовавшее к тому времени уже около 60 лет хозяйство Каллиониэми в западном конце озера.

В течении XVI – XVII веков саамы были оттеснены на север. К концу XVIII столетия на Паанаярви насчитывалось уже пять финских хозяйств, четыре из которых находились в пределах шведского государства, а одно – на территории России.

По окончании полосы русско-шведских войн, согласно мирному договору 1809 года, Паанаярви вместе со всей остальной Финляндией стало частью Российской Империи. К этому времени в деревне проживало не более 60 человек.

В 1842 и в 1849 годах производились уточнения границы между Россией и Автономным Великим княжеством Финляндским, в результате чего озеро Паанаярви целиком оказалось на территории Финляндии.

На протяжении почти всего XIX века численность населения практически не росла. Этому препятствовали и пять прошедших подряд неурожайных лет в тридцатые годы и страшный неурожай 1867 года и эпидемии, приходившие с востока. В 1868 – 1870 годах многие жители покинули Паанаярви. И только к концу столетия наметился подъем – в деревне жило около уже около 450 человек.

Местность в Паанаярви была благоприятной для земледелия. В лучшие годы зерна хватало не только для собственных нужд, но и на продажу. Мололи зерно на мельнице Мянтюкоски. Почти все жители имели оленей.

C 1890 начались рубки леса. Российская лесопромышленная компания Русанова открыла в Раяла свою контору. Сплав леса шел по реке Оланга.

На рубеже XIX – XX веков Паанаярви стал популярным туристическим центром. Ежегодное число гостей достигало 1000 человек. В их числе – Аксель Галлен (будущий великий финский художник Аксели Галлен-Каллела) и знаменитый фотограф Инто Конрад Инха. Полотна "Пастушок из Паанаярви", "Черный дятел", "Мянтюкоски", многочисленные рисунки и эскизы были созданы Галленом летом 1892 года в ходе его поездки. Фотографии, сделанные Инха, сохранили для нас Паанаярви конца XIX столетия. В июле 1914 года на Паанаярви побывал и писатель Илмари Кианто.

В 1905 году была открыта школа – вторая по счету в округе Куусамо. В 1906 году началось строительство дороги с юга из Вуотунки в Паанаярви.

В декабре 1917 года Финляндия обрела независимость. Финско-российская граница закрылась на замок, прервались традиционные торговые связи с Беломорьем.

К середине 1920-х годов дорога из Вуотунки была улучшена, в Паанаярви смогли ходить автомобили и хозяйственная деятельность заметно оживилась. В 1926 году открылись отделение банка и медпункт.

В 1934 году с севера через Лийкасенваара была построена дорога, открывшая сквозной туристический маршрут – "Медвежий круг".

Погодные условия в 1930-х годах были на редкость благоприятными. Были получены невиданные ранее урожаи ржи и даже пшеницы.

В 1936 году был построен лесопильный завод Лейно, дававший работу 25-30 местным жителям. Увеличилось число прибывающих туристов, для них на озере ходил катер. В 1937 году была сооружена церковь.

Деревня Паанаярви была одной из самых зажиточных в округе Куусамо. В ней имелись церковь, три школы, четыре магазина, почта, банк, медпункт, кладбище, полиция и пограничная застава. Население составляло 738 человек. Вокруг располагалось шестьдесят одно крестьянское хозяйство. Основными занятиями населения оставались земледелие и животноводство.

Известие о нападении Советского Союза пришло в Паанаярви вечером 30 ноября 1939 года, а на следующий день всем жителям было приказано эвакуироваться в Куусамо. В первую очередь вывозили женщин и детей. Весь скот пришлось забить. Практически все дома и строения были сожжены.

По окончании Зимней войны территория в 165340 гектаров вокруг Паанаярви отошла к Советскому Союзу. Более чем 2100 жителей остались беженцами.

Вскоре после возобновления боевых действий территория Паанаярви была возвращена и к лету 1942 года большая часть беженцев вернулась на родные пепелища. Началось восстановление разрушенного. Заработала пилорама в Раяла.

В июне 1944 из-за резкого ухудшения военной обстановки были эвакуированы женщины и дети. Советские войска достигли Паанаярви в начале осени и к 4 сентября 1944 сломили сопротивление немецкого гарнизона. На следующий день оставшимся жителям было приказано уехать в течение 24 часов. Неубранный картофель остался в земле.

По договору от 19 сентября 1944 года Паанаярви вновь отходит к СССР. Территория почти на полвека остается исключительно местом проживания пограничников.

В советское время уровень воды в Пяозере был поднят на 10 метров. В результате осуществления этой гидротехнической идеи под водой оказались все прибрежные деревни, в том числе Олангансуу.

Во второй половине 1980-х годов возникли планы превратить озеро Паанаярви в водохранилище гидроаккумулирующей электростанции, а на горе Нуорунен соорудить крупный горнолыжный туристический центр, рассчитанный на 300 тысяч человек в год. Для этого намечалось проложить дорогу, связывающую Нуорунен с территорией Финляндии, и протянуть линию электропередачи от поселка Пяозерский. Все эти проекты так и не были осуществлены из-за резкого противодействия со стороны общественности.

С 1992 года в Паанаярви действует национальный природный парк.