З травня 1909 займав невелику частину території університетського ботанічного саду (тепер Ботанічний сад ім. акад. О. Фоміна). Спочатку налічував 56 видів тварин. Із зростанням колекції зоосаду виникла необхідність розширення його території. У травні 1912 міська дума ухвалила надати йому ділянку колишнього фруктового саду площею понад 16 га на Брест-Литовському просп. (тепер просп. Перемоги). Облаштування парку та спорудження необхідних приміщень виконано за участю садівника А. Зейдака та цивільного інж. М. Бобрусова. У кін. 1913 тут було вже кілька павільйонів для тварин, зокрема, цегляний ведмежатник. Офіційне відкриття нового зоосаду відбулося навесні 1914. У радянський час заклад був націоналізований. Протягом 1920—30-х рр. територія зоологічного парку збільшилася до сучасних розмірів — 39,5 га, було зведено будинки для хижаків, мавп, слонів. На 1932 зоопарк мав 1196 тварин 164 видів. Під час німецько-фашистської окупації споруди було зруйновано, колекції пограбовано та знищено. Після визволення міста до кін. 1940-х рр. здійснено відбудову приміщень та поновлення колекцій за допомогою зоопарків інших міст СРСР.
Тепер — найбільший в Україні зоопарк. При плануванні враховано складний рельєф місцевості з яругами та пагорбами. Перший яр перетворено на ставки для водоплавних птахів. У другому каньйоноподібний каскад ставків з чудовим видноколом. Цей яр відділяє стару частину зоопарку від нової, планування якої виконано за ландшафтними принципами з вкраплюванням регулярних елементів.
Протягом 1960- 70-х рр, відбулася значна реконструкція та розбудова зоопарку (арх. В. Михайлов). Реконструйовано вхід із встановленням монументальних скульптур «Зубр» та «Леви» (1968, ск. Ю. Рубан), споруджено ажурні мости через став, дитячий майданчик з іподромом, будинки юннатів та ветеринарної лікарні, лекторій та кінозал, зоологічний музей. На території парку зведено дві великі будівлі — мавпятник (двосвітній, вис. 5,5 м; відкриті літні вольєри, оточені заповненими водою ровами) у південній частині території та павільйон птахів (вис. 13 м) у східній частині. З півдня від павільйону ставки для водоплавних птахів. Центр архітектурно-планувального задуму — острів хижих звірів. Літня зала його павільйону спроектована як скляна напівсфера на залізобетонних опорах. Підсвічування зсередини надає залі легкості. Для оформлення павільйону літнього вольєру використано світлу й темну керамічні плитки. У зимовому приміщенні — сад з тропічними рослинами. Зоопарк налічує понад 320 видів тварин і птахів, здійснює акліматизацію тварин тропічних і субтропічних країн, далекої Півночі, приділяє увагу їхньому розмноженню, зокрема рідкісних видів, особливо тих, що зникають. Вивчаються умови життя зубрів, куланів, коней Пржевальського, амурського тигра та ін. На території зоопарку росте понад 130 видів дерев і кущів [522].