Киевский зоопарк был создан по инициативе Киевского товарищества любителей природы в 1908 году.
Все начиналось с выставки представителей фауны Южно-Российского края России из 17 видов млекопитающихся и птиц. Через некоторое время выставка стала постоянно действующей и превратилась в зоосад.
В те времена зоосад находился на территории ботанического сада Университета Святого Владимира (Университет им. Т. Г. Шевченко). Животных дарили или привозили из экспедиций ученые университета. Зимой представителей фауны жарких стран размещали в складских помещениях железнодорожной станции Киев Товарный.
Со временем коллекция животных разрослась настолько, что перестала помещаться на отведенной ей территории ботанического сада, кроме того, громкие крики животных беспокоили людей, которые жили неподалеку. Поэтому в 1911 году был поставлен вопрос о переносе зоопарка в другое место, и в том же году городская Дума выделила большую территорию на тогдашней окраине города.
Рельеф этой местности был очень сложным, весь в оврагах с горбами и не пригодный для жилищного или промышленного строительства, но отлично подошел для зоопарка — сложность рельефа была рационально и удачно использована, в бывших оврагах устроены озера для водоплавающих птиц, с верхних точек хорошо проглядывается перспектива.
Все это время городская Дума не выделяла средств на содержание зоопарка, и он существовал за счет частных пожертвований. При этом вход в зоопарк был свободным.
После революции 1917 года зоопарк был национализирован и перешел в собственность государства.
До Второй Мировой войны в зоопарке насчитывалось около 1500 животных, но во время фашистской оккупации он подвергся разорению, самые ценные экземпляры животных были погружены на поезд и отправлены в Германию, а на территории самого зоопарка размещался немецкий военный гарнизон.
После освобождения Киева зоопарк был реконструирован. Постепенно появлялись новые вольеры.
В 1982 году был построен «Остров зверей».
В 1983 году киевский зоопарк получил статус государственного и был включен в список объектов природно-заповедного фонда СССР, в 1996 году стал членом Европейской Ассоциации зоопарков и аквариумов и активно подключился к международным программам по репродукции редких и исчезающих видов животных.
С 16 июня 1992 года законом Украины № 2456–XII Киевский зоопарк занесён в список природно-заповедного фонда государственного значения.
В период 1998–2003 гг. появились вольеры «Авиарий» — своеобразная сфера для содержания редких птиц — черных грифов, и «Континент медведей».
Сейчас в коллекции зоопарка около 3500 животных, представителей 400 видов. На территории зоопарка растет больше 130 видов деревьев и кустов.