Ο ΑΟ Παλαιόχωρας ιδρύθηκε το 1984. Με το καλημέρα κατέκτησε τον τίτλο στη Γ’ κατηγορία Χανίων και στη συνέχεια έπαιξε τρεις σεζόν στην Β’ πριν πάρει την 3η θέση και την άνοδο για πρώτη φορά στην Α’ Χανίων έπειτα από αγώνα μπαράζ με τον Ίκαρο Ταυρωνίτη στα Νεροκούρου το 1993-94. Στην πρώτη κατηγορία έπαιξε 11 συνεχόμενες χρονιές .Την ίδια χρονιά έφθασε και στον τελικό του Κυπέλλου όπου ηττήθηκε από τον Αρη Σούδας στα Περιβόλια. Τρία χρόνια αργότερα υποβιβάστηκε στην Β’ κατηγορία. Το 2010 ως πρωταθλητής ήρθε για να μείνει στην μεγαλύτερη τοπική κατηγορία. Το 2016-17 ο ΑΟ Παλαιόχωρας κατέκτησε το πρωτάθλημα στα Χανιά και κέρδισε την άνοδο στη Γ’ Εθνική.