Entre seus fundadores estavam: João Mangabeira, Domingos Vellasco, Hermes Lima, Rubem Braga, Osório Borba, Joel Silveira, José Lins do Rego, Jader de Carvalho, Sérgio Buarque de Hollanda e Antonio Cândido.
Em 1947, a Esquerda Democrática transformou-se no Partido Socialista Brasileiro, com o mesmo programa e propostas da E.D.
Apesar da adesão dos intelectuais e estudantes, o PSB era ainda uma força eleitoralmente fraca, com uma atuação praticamente limitada ao estado de São Paulo.
Nas eleições presidenciais de 1950, espremido entre o getulismo e as candidaturas conservadoras, o PSB optou por lançar um candidato próprio. No entanto, João Mangabeira obteve uma votação insignificante (menos de 1% dos votos) e a bancada do partido limitou-se a apenas um representante na Câmara dos deputados, o jornalista e industrial, Orlando Vieira Dantas, de Sergipe.
Foi a partir desse período que o PSB começou a rever seu isolamento político, aproximando-se do PCB, cuja cassação do registro eleitoral em 1947 acabou favorecendo o seu crescimento entre os socialistas.
Em 1960, após a renúncia de Jânio Quadros, o PSB participou ativamente da campanha da legalidade contra a tentativa dos militares e setores conservadores de evitar a posse de João Goulart. O governo de Jango foi marcado pela busca das reformas de base.
Em 31 de março de 1964, deu-se o golpe militar que derrubou Goulart. Em 1965, o Ato Institucional nº2 extinguiu os partidos políticos. O PSB se dispersou durante o regime militar.
No início de 1985, com a redemocratização, foi fundado um novo Partido Socialista Brasileiro, resgatando o mesmo programa e manifesto apresentados em 1947, por João Mangabeira. Para obter a habilitação do PSB foram procurados remanescentes da antiga Esquerda Democrática.
No dia 2 de julho, ocorre a reunião de “refundação” do PSB. O manifesto apresenta o mesmo programa e estatuto do período 1947/65. Habilitado, o PSB participa com alguns candidatos próprios às eleições municipais nas capitais e apóia candidatos progressistas e de esquerda.
No Primeiro Congresso Nacional, em Outubro de 1987, o PSB passa a ter identidade. É oposição ao governo Sarney, tem 10 metas imediatas que vão da reforma agrária à socialização dos setores essenciais, do ensino público e gratuito em todos os níveis ao direito irrestrito de greve, liberdade sindical e jornada máxima de 40 horas semanais.
Em março de 1990, o governador Miguel Arraes, convidado pela direção nacional, ingressa no PSB. O partido que recomeçara com lideranças de classe média, que após grandes esforços estava organizado em todo o país e com registro definitivo, contava agora com uma das mais importantes lideranças populares. No fim do ano Arraes, foi, pelo PSB, o deputado federal mais votado do país.
O VIII Congresso Nacional do PSB, realizado em novembro de 2001, em Brasília, confirma a decisão pela candidatura própria à presidência da República. Em 2002 esta decisão é levada à prática. Garotinho, governador do Rio de Janeiro, que saiu do PDT e se filiou ao PSB, saiu como candidato a Presidente da República e o Deputado federal do PSB do Maranhão, José Antônio Almeida, candidato a vice. A candidatura obteve mais de 15 milhões de votos mas ficou em terceiro lugar. No segundo turno o PSB apoiou Lula.
Em 2006, o PSB anunciou apoio informal (sem coligação) à reeleição de Lula à presidência. Em 2010, numa grande estratégia política que se provou vantajosa ao partido, a candidatura de Ciro Gomes foi deixada de lado em apoio a então ministra Dilma Rousseff. Em troca, o PT abriu mão da cabeça de chapa em diversos estados do Norte, do Nordeste e do Espírito Santo para apoiar os socialistas.
Em 2012, buscou um certo distanciamento de seus aliados tradicionais nas capitais, principalmente do PT, o que o ajudou a atingir o maior número de capitais e um aumento expressivo no número de prefeituras (de 310 em 2008 para 434 no primeiro turno de 2012). A candidatura do ex-presidente da sigla, Eduardo Campos, à Presidência da República nas eleições de 2014 foi anunciada pelo PSB em 14 de abril de 2014.
Em 13 de agosto de 2014, o candidato a presidência Eduardo Campos morreu em um acidente aéreo com um avião particular de campanha, na cidade de Santos, litoral de São Paulo.