23 de Febrero de 1921 es la fecha de su fundación. Las raíces del nombre provienen de los vocablos “pilcan”: patos; y “niyeu”: lugar; “Laguna de patos”, en mapuche araucano.
Este pueblo nació con la llegada del General Roca a la unión de algunas huellas creadas por los pueblos originarios. Hoy esas huellas son la Ruta Nacional 40 y la Ruta Nacional 23. Algunos grupos indígenas, ya impotentes en el avasallamiento de sus tierras, corridos por las tropas del Ejército Argentino, más algunos inmigrantes europeos y sirio-libaneses decidieron levantar sus casas en aquel lugar, aprovechando el movimiento en la unión de esas huellas. En los alrededores, y favorecidos por la Ley Avellaneda de 1891 que ofrecía tierras a quien lo solicitara, se fueron instalando estancias, dedicadas mayoritariamente a la explotación ganadera ovina.
Años más tarde, se estableció el ferrocarril hasta San Antonio Oeste. Por aquellos años este puerto era un importante centro de distribución de lana traída desde la Patagonia en carros, para luego ser embarcada hacia Inglaterra, desde donde, convertida en tela, era vendida a todo el mundo.
La extensión de la vía férrea hacia el oeste sería prácticamente un hecho hacia 1931. En ese año, llegó el primer tren a Pilcaniyeu, cuya estación se construyó a pocos kilómetros del emplazamiento original en la intersección de las huellas, ya entonces caminos bien definidos.
La llegada del ferrocarril dio gran impulso al pueblo, que prácticamente volvió a nacer al lado de la vía. Hotel, fondas, casa de comercio, galpones de lana, Juzgado de Paz, parroquia y comisaría, determinaron el renacer del pueblo.El 8 de agosto de 1939 se crea la Comisión de Fomento, dando juridicidad a la ciudad. Pero unos años después, la fibra sintética comenzó a reemplazar a las naturales, por lo que la cría de ovejas se vio seriamente afectada, y por ende lo mismo con la economía local. Resultó imposible imaginar planes para que los hijos del pueblo se queden a vivir en su lugar de origen y evitar la migración hacia las ciudades, con la consecuente pérdida de cultura, especialmente las antiguas tradiciones.Es sede de un complejo tecnológico de la CNEA desde 1979,principalmente dedicado a actividades relacionadas con el ciclo de combustible nuclear con una planta de enriquecimiento de uranio.