Ο Α.Π.Σ. Πάτραι ξεκίνησε την αγωνιστική του παρουσία το στην Α΄ Κατηγορία της Ε.Π.Σ. Πατρών τη σεζόν 1967-68. Κατέκτησε αμέσως το πρωτάθλημα και προκρίθηκε στο ειδικό πρωτάθλημα ανόδου, όπου τερμάτισε στην 3η θέση του Νοτίου Ομίλου και απέτυχε την άνοδο στην Β΄ Εθνική Κατηγορία. Την αμέσως επόμενη περίοδο, 1968-69, συνέχισε στο πρωτάθλημα της Ε.Π.Σ. Πατρών και προβιβάστηκε απευθείας στην Β΄ Εθνική χωρίς να αγωνιστεί στο ειδικό πρωτάθλημα ανόδου, έπειτα από αναδιάρθρωση της κατηγορίας. Τη σεζόν 1969-70 έκανε την παρθενική του εμφάνιση στο πρωτάθλημα της Β΄ Εθνικής και συνέχισε να αγωνίζεται μέχρι και τη σεζόν 1972-73, τέσσερις διαδοχικές χρονιές συνολικά, όποτε και υποβιβάστηκε. Τη σεζόν 1973-74 κατέκτησε το πρωτάθλημα Ε.Π.Σ. Πατρών και προκρίθηκε στο ειδικό πρωτάθλημα ανόδου, όπου κατέκτησε την 1η θέση του 5ου ομίλου και κέρδισε εκ νέου την άνοδο στην Β΄ Εθνική, αγωνιζόμενος έκτοτε μόνο σε εθνικές κατηγορίες.

Το 1974 κάνει την επανεμφάνισή του στο πρωτάθλημα της Β΄ Εθνικής και αγωνίστηκε τέσσερις συνεχείς χρονιές, από τη σεζόν 1974-75 μέχρι και τη σεζόν 1977-78, όποτε και υποβιβάστηκε. Την αμέσως επόμενη περίοδο, 1978-79, κατέκτησε το πρωτάθλημα του 2ου ομίλου της Γ΄ Εθνικής (Εθνική ερασιτεχνική κατηγορία) και κέρδισε την επάνοδο στην Β΄ Εθνική, στην οποία έκανε τις τελευταίες παρουσίες του τις περιόδους 1979-80 και 1980-81.[7] Τα επόμενα χρόνια αγωνίστηκε στα πρωταθλήματα της Γ΄ Εθνικής και Δ΄ Εθνικής κατηγορίας. Τη σεζόν 1985-86 ήταν φιναλίστ του κυπέλλου Ελλάδας ερασιτεχνών, με αντίπαλο τον Πανδραμαϊκό στο Στάδιο Γ. Καραϊσκάκης.

Τη σεζόν 1999-2000 ο Α.Π.Σ. Πάτραι υποβιβάστηκε από τη Δ΄ Εθνική στο τοπικό πρωτάθλημα, έπειτα από σειρά ετών παρουσίας στα εθνικά πρωταθλήματα. Το 2002 η ομάδα συμμετείχε στο πρωτάθλημα της Δ’ Εθνικής αλλά μηδενίστηκε και υποβιβάστηκε στο τοπικό πρωτάθλημα Αχαΐας . Την επόμενη χρονιά, το 2003, το σωματείο αδρανοποιήθηκε χωρίς να δηλώσει συμμετοχή στο πρωτάθλημα Α’ κατηγορίας Ε.Π.Σ. Αχαΐας και στα μέσα της περιόδου η διοίκηση προχώρησε σε συνεργασία με ένα άλλο ιστορικό σωματείο της πόλης, τον Εθνικό, τόσο με παραχώρηση παικτών, όσο και με ενεργό συμμετοχή στα διοικητικά δρώμενα της ομάδας του Εθνικού Πατρών. Παρόλα αυτά ο Α.Π.Σ. Πάτραι, δεν προχώρησε σε οριστική διάλυση παρά μόνο ανέστειλε τη λειτουργία του.

Το ποδοσφαιρικό τμήμα 13 σχεδόν έτη μετά, επανενεργοποιήθηκε, αφού πρώτα ο σύλλογος εξέλεξε νέα διοίκηση, η οποία αποτελείται από νέους ανθρώπους που αγαπούν το ποδόσφαιρο και τον αθλητισμό και οι οποίοι έχουν την απόλυτη στήριξη των ανθρώπων που είχαν την ομάδα στα χέρια τους μέχρι και την αδρανοποίηση της μετά το 2002. Με πρόεδρο τον Αλέξη Μαντά, της γνωστής επιχειρηματικής οικογένειας και με την καθοριστική συμβολή του αντιπροέδρου Γιώργου Γράψα, και του Γρηγόρη Μανίκα, ο Α.Π.Σ. Πάτραι, το μοναδικό και γνήσιο Πάτραι, ο οποίος δεν έχει καμία σχέση με κανένα άλλο ομώνυμο σωματείο που προέκυψε μετά την αναστολή της λειτουργίας του, επαναδραστηριοποιήθηκε και επέστρεψε στην ενεργό αγωνιστική δράση δηλώνοντας συμμετοχή στο πρωτάθλημα της Γ’ Ε.Π.Σ. Αχαΐας την περίοδο 2015-2016.

Την περίοδο 2016-17 κατέκτησε την άνοδο στην Β΄ Κατηγορία και τη σεζόν 2017-18 την άνοδο στην Α΄ κατηγορία, κορυφαία τη τάξει κατηγορία της Ε.Π.Σ. Αχαΐας, έπειτα από τρία χρόνια από την επαναδραστηριοποίησή του. Με την άνοδο στην Α΄ Κατηγορία, τη σεζόν 2018-19 συμμετείχε στα πλέι-οφ ανόδου, διεκδικώντας την επιστροφή του στις εθνικές κατηγορίες. Παράλληλα έφτασε μέχρι και τα ημιτελικά του κυπέλλου του οποίου παρά την 15ετη αποχή, παραμένει πολυνίκης. Οι επιχειρηματίες Γιώργος Μητρόπουλος(παλαιός ποδοσφαιριστής) και Κώστας Κούζιος(ένθερμος οπαδός του συλλόγου), εισήλθαν στο διοικητικό σχήμα, βοηθώντας σημαντικά στην επίτευξη των στόχων της ομάδας. O ΑΠΣ Πάτραι κατέκτησε το πρωτάθλημα της ΕΠΣ Αχαΐας τη σεζόν 2021-22, όντας παράλληλα φιναλίστ στον θεσμό του κυπέλλου της ίδιας σεζόν.