Dokumentos ciema nosaukums "Plenen" minēts jau 1551.gadā. Ciems kā apdzīvota vieta kartēs parādās 1702.gadā, bet kā peldvieta - 1738.gadā.            

Pirmās ziņas par peldvietu Plieņciemā attiecas uz 1738.gadu, bet īpaši populāra tā esot kļuvusi 1764.gadā, kad Krievijas imperatore Katrīna II apmeklējusi Plieņu pludmali. Stāsta, ka ķeizarienes ērtībām izcirsta stiga no Plieņu muižas līdz Lielajam krogam, kur parasti apmetušies viņas draugi. 18.gs.vidū Plieņciems veidojās par iecienītu atpūtas vietu Kurzemes jūrmalā, kur muižnieki cēla vasarnīcas, veidoja spēļu un deju laukumus.  

Īpašu popularitāti Plieņciems ieguva 1810.gada vasarā, kad tuvējā Plieņu muižā sešas nedēļas uzturējās Krievijas ķeizariene Elizabete. Viņas ierašanās izvērtās par grandioziem svētkiem, kas pulcēja daudzus Kurzemes muižniekus. Ķeizariene regulāri divas reizes dienā peldējusies jūrā, kam speciāli tika izgatavoti peldu rati. Lai tiktu līdz jūrai, tika norakta kāpa no Lielā kroga līdz peldvietai un uzbūvēts īpašs ceļš. Turpmākajos gados Plieņciema popularitāte pieauga. Katrs centās vasaru pavadīt kūrortā. 1837.gadā pie kāpas uzcēla kūrmāju, kas bija neapkurināma un lietojama tikai vasarās. 20.gs.sākumā bijušo kūrmāju izmantoja kā biedrības namu, trīsdesmitajos gados - kā aizsargu namu. Otrā pasaules kara laikā kūrmāja gāja bojā.

19.gs.beigās un 20.gs.sākumā Plieņciems kļuva ievērojams ar kuģu būvi. Uzbūvēti vismaz deviņi buru kuģi. 1948.gadā ciema zvejnieki iestājās zvejnieku artelī "Padomju zvejnieks". 1953.gadā sāka būvēt zivju apstrādes cehu, kurā no 1994.gada līdz 2007.gadam darbojās SIA "Ulmes" zivju konservu ražotne.          

Sešdesmito gadu otrajā pusē Plieņciems sāka veidoties par vasarnīcu ciemu. 

1985. gadā uzbūvēta padomju kosmonautu bāze atpūtai un treniņiem "Ikars", kas šobrīd renovēta un pārveidota par dzīvokļu māju.