Egy pesti állatkert létrehozása már a reformkorban is felmerült, de az 1848-49-es forradalom és szabadságharc, majd az azt követő nehéz évek nem tették lehetővé ennek megvalósulását. Az 1860-as években aztán ismét felmerült az igény, és az alapítók – Szabó József, Xántus János és Kubinyi Ágoston – meg is kezdték a szervezést. Törekvéseiket az osztrák hivatalnokok azonban hátráltatták, a nehézségeket végül Gamperl Alajos segített megoldani, aki bár hatósági felügyelőként került az állatkert alapításának folyamatába, kötelességének tekintette az ügy segítését.A szükséges anyagi hátteret egy részvénytársaság megalapításával teremtették meg, a megfelelő terület megszerzésében pedig Pest városától kértek segítséget, így került az állatkert a mai Városligetbe. További vitás helyzetet okozott az igazgató kinevezése, Xántus János lett volna a legideálisabb jelölt, aki azonban 1848-ban betöltött katonai szerepvállalása okán be sem adta a jelentkezését; ideiglenesen végül a müncheni származású Leopold Fitzinger zoologust bízták meg az épülő állatkert igazgatásával.
A helyszín kijelölése után a következő lépés az állatkert megtervezése és az épületek helyének kijelölése volt. Hatalmas összefogásra volt szükség a megvalósításhoz. Petz Ármin, a város főkertésze ingyen és bérmentve alakította ki az állatkert parkrészeit. A Nagy-tó és az azt tápláló szökőkút Reitter Ferenc csatornázási mérnök terveinek az eredménye, aki szintén önkéntes alapon dolgozott. Az épületek terveit ifj. Koch Henrik és Szkalnitzky Antal készítette. Az állatállomány megteremtéséhez több forrásra volt szükség: számos példány érkezett ajándékba a paraszti vidékekről és nemesektől egyaránt. A megnyitó előtt nem sokkal maga Ferenc József is küldött ritka állatokat a schönbrunni gyűjteményéből. A sok ajándékozott állat mellett az épülő park vásárolt is példányokat, a működtető Részvénytársulat több európai állatkerttel és kereskedővel is kapcsolatban állt.
A majomház Rusz Károly fametszetén, 1866. (Megjelent A pesti Állatkert ismertetése egy szakértőtől c. kiadványban.)
Az állatkert 1866. augusztus 9-én nyitotta meg kapuit a nagyközönség előtt, amely közel ötszáz különféle állatot tekinthetett meg tizenegy nagyobb és számos kisebb állatházban és elkerített, nyílt területeken. A legnépszerűbb állatnak Kristóf, a fiatal barnamedve bizonyult, aki nem csak a közönségnek és gondozójának volt kedvence, hanem Deák Ferencnek is. A mainál nagyobb területen feküdt ekkor még az állatkert, bár a kifutói nem voltak sokkal nagyobbak, mint manapság; a megnyitásakor még egy nagy egybefüggő park volt, amelyben itt-ott helyezkedtek el az állatokat bemutató épületek és karámok. Továbbá a ma általánosnak számító fajok még nem is bukkantak fel – a zsiráfok, elefántok, vízilovak, a nagyméretű és egzotikus állatok – hatalmas összegekbe kerültek a korszakban, ráadásul a tartásuk és a környezetük kialakítása is igen nagy költségekkel járt. Zsiráfot végül az 1860-as évek végén mégis szerzett az állatkert: Erzsébet királyné közbenjárásával a császár tulajdonában álló schönbrunni állatkertből választhatott egyet a pesti állatkert igazgatósága: így került végül egy fiatal nőstény, ráadásul vemhes állapotban Pestre, aminek következtében 1868 augusztusától már két zsiráfot is megtekinthetett a magyar közönség. Magyarország így a világon harmadikként büszkélkedhetett a dualizmus idején „foltos nyakorjánnak” is nevezett állattal.
Az első évek nagy lelkesedésének megcsappanása nehézséget okozott az állatkertnek. A látogatószám alacsony mivolta okán a vezetés vásári komédiásoknak és mutatványosoknak is helyt adott, sorsjegyeket adott ki, nyereményjátékokat szervezett. A spórolást szem előtt tartva az állatok takarmányát is igyekeztek olcsóbbá tenni, ennek – és a korrupt Czimek János pénztárnok működésének – eredményeként silány élelemmel látták el őket; Xántus János le is mondott az igazgatói posztjáról. A park válságos és lezüllött állapotba jutott ezt követően, amely helyzetet a korrupt munkatárs menesztése, majd az Részvénytársulat átalakítása oldott meg. Az rt. átalakult Állat- és Növényhonosító társasággá, melynek igazgatója Berecz Antal lett. Csekély mértékben sikerült azonban mecénásokat találni a Társaságnak, ráadásul rendszeresek voltak az állatok között terjedő járványok és a ligetből beszökő ragadozók, akik az állományt tovább ritkították. 1873-ban végül Serák Károly borsodi kisbirtokost nevezték ki igazgatónak, aki harminc éven keresztül vezette az állatkertet nem kevés sikerrel. Vitatott módszerekkel, de kilábaltatta az állatkertet a válságos helyzetből. Pár éven belül a főváros pénzsegéllyel támogatta meg, az alapítás 10. évfordulójára pedig az oroszlánház is elkészülhetett, Hauszmann Alajos tervei alapján. Szintén a jubileum tiszteletére vásároltak struccokat, amerikai bölényeket és afrikai elefántot is. Gróf Semsey Andor a korszak természettudományának nagy mecénása önköltségen madárházat építtetett az állatkertnek.
Az Állatkert régi főbejárata. (Klösz György felvétele, 1893-96)
Az újabb gyarapodást az 1896-os Millenniumra való készülés hozta el, amikor a honfoglalás ezredik évének ünnepsége alkalmából az állatkert is számos új példánnyal gazdagodott. 1896-ra mintegy 2000 példányt számlált az állatállomány. A századforduló előtti években azonban ismét megkezdődött a visszaesés; ennek oka az volt, hogy az alapításkor a főváros jelképes összegért bocsátotta rendelkezésre a területet, de csak 30 évre, amelynek lejártával igen magas bérleti díjat szabtak ki az állatkertre. A csődöt a magas bérleti díj mellett az érdektelenség hozta magával. A századfordulóra a városvezetés szemében bevételi forrássá vált az egykor támogatni való intézmény. Egyre kétségbeesettebb pénzszerzési próbálkozások után a Főváros figyelmeztetni kényszerült az eredeti természettudományos céljaira, és az anyagi nehézségek végül győzedelmeskedtek: 1907-ben feloszlatták az Állat- és Növényhonosító Társaságot és megindították a csődeljárást. ifj. Andrássy Gyula belügyminiszter javaslatára a főváros vette át az üzemeltetést, Budapest Főváros Állat- és Növénykertje néven épült újjá az intézmény. A leromlott állapotok megjavításában dr. Bárczy István főpolgármester elgondolása volt a mérvadó: létre jött az állatkertépítő Bizottság, tekintélyes összeget fordítottak az átépítés költségeinek fedezésére, és kinevezték dr. Ráthonyi Zoltán állatorvost igazgatónak. A Bizottság tagjai között zoológusok, botanikusok, építészek és közéleti személyiségek szerepeltek, akik igen hamar részletes tervvel álltak elő. Ezt a városvezetés nemhogy elfogadta, de a költségeket is tekintélyes mértékben megemelte, és hamarosan elkezdődött a felújítás. Az épületeket elbontották és újakat emeltek, tudományos alapokra helyezték az állatok bemutatását és megreformálták az állatkert működtetését is.
A régi állatkert állatállományát is meg kellett újítani, hiszen alig maradt a korábbiból valami. Ekkoriban is számos állat érkezett ajándékba – Kittenberger Kálmán neves vadászati szakíró például földimalacot ajándékozott, – de vásárlás útján is érkeztek állatok. Hamarosan ismét több, mint 2000 példány vált megtekinthetővé a közönség számára.
1912. május 20-án nyitotta meg kapuit – a sajtó szerint legmodernebb európai – állatkert. A látogatószám ismét magasba szökött, de ezúttal a vezetőség gondoskodott arról, hogy az újdonság varázsának elmúltával is fenntartsa a közönség érdeklődését, melynek érdekében különféle érdekes, és a korábbi rossz tapasztalatot szem előtt tartva színvonalas programokat kínáltak. A természettudományos ismeretterjesztésre is nagyon odafigyeltek, az állatkertben „mozgókönyvtár” üzemelt, kiadványokat és lapot jelentettek meg, nagy odafigyeléssel gondoskodtak az állatokról. A szakszerű munka eredményeképpen 1915-re már igen sok kisállat is született; ennek folyományaként nyílt meg – világelsőként – az állatóvoda.
A Fővárosi Könyvtár állatkerti mozgókönyvtára. (Képeslap, 1910-es évek)
Az I. világháború nagy veszteségekkel járt az állatkert számára, bár közvetlen támadás nem érte, a takarmányhiány és munkaerőhiány nehezítette a működtetését. A háborút követően, 1919-ben a már tíz éve ott dolgozó Hilbert Rezsőt nevezték ki igazgatónak, akinek a súlyos gazdasági válsággal terhelt időszakban kellett működtetnie az állatkertet. Okos technikai megoldásokkal és tervszerű állatszaporítással (a fiatal állatok jó cserealapként szolgáltak az állomány bővítésére) oldották meg a válságos időszak nehézségeit. Az 1930-as évekre sikerrel lábaltak ki a válságból, az új igazgató, Nádler Herbert alatt pedig kiemelkedő események és magas színvonalú munkának köszönhetően világhírűvé vált a budapesti állatkert. A II. világháború azonban újabb nehézségeket hozott: újfent felütötte a fejét a hiánygazdaság, nem volt építőanyag, takarmány és ismét gondot jelentette a munkaerőhiány is. Ezúttal a fizikai veszélyeztetettség is nagy volt: egymást érték a bombatalálatok – a stratégiai célpontnak számító vasút közelsége miatt, – leomlott majdnem minden épület és elpusztult majdnem minden állat. A megmaradt állomány pedig a környék éhező lakosságának esett áldozatul.
Állatkerti bérletjegy (1942)
A háború végeztével hatalmas közösségi összefogással igen hamar ismét újjáépült az állatkert: 1945. május 1-én újfent megnyitotta kapuit. Az államszocializmus időszakának legnagyobb változása a dr. Anghi Csaba professzor munkásságával járt, aki az 1930-as évektől kezdve dolgozott az állatkertben, egyetemen tanított és rövid ideig az állatkert vezetője is volt. Igazgatósága alatt, 1956-ban járta ki a kert 90. éves jubileuma alkalmára a Tudományos Intézet besorolást. Ismeretterjesztő füzetsorozatot adott ki, és magas színvonalra emelte a tudományos munkát az állatkertben. Az egzotikus és vadállatok mellett az 1950-es évek végétől zajlottak a magyar háziállatfajták megmentését szorgalmazó törekvések is. A magas színvonalú működés az érdeklődésben is megmutatkozott, hatalmas látogatószámmal működött az állatkert.
Ez a fajta tudományos szemléletű munka az 1970-es évek óta jellemző, időről-időre megújulás és rekonstrukció zajlott az állatkertben. A bővítések a rendszerváltás után sem maradtak abba, számos újítás történik azóta is. 1998 májusában például a Japán-Magyar Baráti Társaság adományának is köszönhetően megnyílt a Bonszai pavilon, 1999-ben pedig ismét számos új faj érkezett. 2004 januárjában újra megnyílt a korszerűsített és felújított tengeri akvárium, 2009 óta pedig az állatkert valamennyi épülete és építménye műemléki oltalom alatt áll, csak hogy pár példát említsünk. Fővárosi és uniós támogatásnak köszönhetően 2011-ben korszerű módon épült át a Nagy-Szikla, 2012-ben a vidámpark területének felhasználásával az állatkert bővítésébe kezdtek.