Inaugurato ufficialmente nel 1946, il Festival di Cannes è uno dei festival cinematografici più antichi del mondo, ed è probabilmente in assoluto il più prestigioso. Fu alla fine degli anni '30 che il Ministero dell'Educazione francese, turbato dall'influenza dei regimi nazi-fascisti nella selezione dei film destinati alla Mostra del cinema di Venezia, mise in cantiere l'idea di una nuova rassegna. Tra le varie città candidate, fu scelta la luminosa ed elegante Cannes, ma i lavori della prima edizione, nel 1939, furono subito interrotti a causa dell'inizio del secondo conflitto mondiale.
Rilanciato con la fine delle ostilità, il festival transalpino tenne la sua prima vera edizione nel '46, nel Casinò di Cannes, e fu un enorme successo. Quando venne alla luce un accordo stipulato sottobanco con Venezia, che impegnava i due festival a tenersi ad anni alterni, la cosa fu aspramente criticata e considerata una "capitolazione" della Francia. Nel 1947, tuttavia, il festival ebbe luogo nuovamente nel nuovo, ma ancora provvisorio, Palais des Festivals.

Saltato qualche anno a causa di problemi di budget, il Festival di Cannes riprese nel 1951 attenuando la rivalità con la Mostra del cinema con lo spostamento della data da settembre a maggio. La celebre Palma d'Oro fu creata del '55, a rimpiazzare il più anonimo Grand Prix du Festival, e nel 1959 fu fondato il Marché du Film (il mercato dei film), che oggi rappresenta la maggiore piattaforma commerciale per il cinema in tutto il mondo.
Nel '68 il festival fu coinvolto nelle proteste studentesche. Prima alcuni registi, tra cui Carlos Saura e Milos Forman, ritirarono le proprie opere, poi Louis Malle e altri colleghi occuparono il Palais interrompendo le proiezioni per solidarietà con i movimenti sindacali e studenteschi.

Gli anni '70 furono un periodo denso di cambiamenti per il festival, con il passaggio di testimone nel ruolo di delegato generale a Maurice Bessy e poi a Gilles Jacob. Il primo creò due comitati separati per selezionare film francesi e stranieri, il secondo introdusse la Caméra d'Or (premio per registi esordienti) e la gloriosa sezione Un Certain Regard. Inoltre la durata della kermesse fu ridotta a tredici giorni, con un conseguente ridimensionamento della selezione, e Jacob inizio a introdurre celebrità e personaggi dell'industry al fianco degli accademici che fino ad allora avevano costituito le giurie.

Nel 1983 fu inaugurato l'attuale e più ampio Palais des Festivals et des Congrès, inizialmente avversato e definito "il Bunker". Nel 1995 Gilles Jacob creò una nuova sezione della kermesse, la Cinéfondation, a sostegno del cinema nel mondo e in particolare della figura dello sceneggiatore. Nel 2000 Jacob è stato eletto presidente del festival, carica che ricopre tuttora. Nel 2002 la manifestazione ha assunto il semplice, incisivo e riconoscibile nome di Festival de Cannes.

Secondo una stima approssimativa, circa 200.000 tra addetti ai lavori, critici, appassionati e filmaker arrivano a Cannes durante i dodici giorni del festival.

Fino al 1954, il premio consegnato dalla giuria del Festival di Cannes era il Grand Prix, assegnato al miglior regista della selezione competitiva. Il vincitore riceveva una scultura realizzata dall'artista del momento.

Alla fine del '54, il delegato generale del festival indisse un concorso per la realizzazione di un trofeo ispirato allo stemma cittadino di Cannes, e che rappresentasse quindi la Palma. Il disegno prescelto fu quello del designer di gioielli Lucienne Lazon, che divenne il modello della prima Palma d'oro; questa fu consegnata nel '55 a Derlbert Mann per il suo film Marty, ma poi, per dieci anni, il Festival tornò al Grand Prix.
Nel 1975 fu reintrodotta definitivamente la Palma d'oro, destinata a diventare il simbolo del Festival.

Il design dell'attuale Palma d'oro è il risultato di una rimodernizzazione operata nel 1997 da Caroline Cheufele, presidente della Chopard, che produce il trofeo ogni anno. La Palma è realizzata in oro 24 carati e montata su un signolo blocco di cristallo.

Soltanto una donna, fino ad oggi, ha vinto una Palma d'oro: si tratta di Jane Campion, per il suo capolavoro del 1993, Lezioni di piano.
Sono cinque (o meglio, sei) i registi che possono vantare di aver ricevuto due volte il massimo premio del Festival di Cannes: Francis Ford Coppola, Shohei Imamura, Bille August, Emir Kusturica e i fratelli Jean-Pierre
e Luc Dardenne. Anche Alf Sjöbergè un doppio vincitore, ma in epoca pre-Palma.

Una conta per paese d'origine vede gli Stati Uniti primeggiare decisamente per numero di vincitori, con diciannove Palme d'oro. Seguono l'Italia con 12, il Regno Unito con 9 e la Francia con 8.

Nel 2011 viene introdotta un'importante novità, la Palma d'oro alla carriera, e il primo destinatario di questo onore è un regista italiano molto caro alla Francia: Bernardo Bertolucci.

In occasione del cinquantenario del Festival, nel 1997, una speciale "Palma delle Palme" fu riservata per uno dei più grandi cineasti di tutti i tempi, Ingmar Bergman. A ritirarla per lui fu la figlia Linn Ulman, alla presenza di ventotto vincitori della Palma d'oro.

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