歷史的發展
清末建園
清光緒三十二年(1906)，在樂山園、濟源園(又稱“三杯子園”)、光山寺、惠安寺舊址上建立農業試驗田，由清農工商部領導。農業實驗場占地約71公頃，對各種作物的實驗分為五個部分，分別是對糧麥、蠶桑、蔬菜、果樹、花卉的實驗。實驗農場附屬動物園是中國歷史上最早的現代公共動物園，1908首次開園。
北京動物園的原展品是南洋大臣、兩江總督段方從德國買回的壹些動物，以及全國各地總督贈送給清政府的壹些動物，大約有幾十種，壹百多種。農場試驗田位於西直門外，交通便利。也是中國歷史上第壹個集動植物科普為壹體的公園性質的農場試驗田。所以開業以來壹直很受歡迎。
中華民國的發展
辛亥革命後清政府倒臺後，農場試驗田的名稱幾經變動，從中央農場試驗田到北平國立自然歷史博物館再到工業總局園藝試驗田最後到北平園藝試驗田。
由於連年戰亂，民生蕭條，農業試驗田裏的動物大多因為各種原因而死亡。抗日戰爭時期，僅餓死1頭亞洲象，園內獅、虎、豹等野生動物在1943抗日戰爭後期被日軍以防空為由毒死。1945抗日戰爭末期，農業試驗田被日軍占領作為駐軍倉庫，被國民政府長期接管作為臨時兵營。1946重新開業的時候，只有十只猴子，兩只鵝，兔子，鴿子，火雞，鴕鳥，孔雀，老鷹，葵花鸚鵡，白鸚鵡，粉鸚鵡。1949年北京解放時，公園裏只剩下13只獼猴和壹只鴯鶓。
采取各種措施吸引遊客，尤其是“巨型售票”。當時農業試驗田管理部門專門招了兩個身高超過220 cm的巨人負責檢票。
解放初期的西郊公園
1949年2月，北京市人民政府接管名為“北平農林實驗所”的北京動物園，並更名為“北平農林實驗所”。考慮到農場實驗場條件已不適合農桑實驗，經過整修改造和綠化，同年9月1命名為“西郊公園”。
1950 3月1日，西郊公園正式開園。為了準備西郊公園的開放，西郊公園管理處將對公園內的圍欄、牡丹亭、颶風館、動物園動物館進行修繕。對鳥籠、鹿棚、猴山、永路進行了整修，增加了壹些小動物，購置了黃雀、花束、金翅、和平鳥、雀、火雞、鷹、鶴、鵝等鳥類和鹿、狼、鼠、豹等動物。中華人民共和國領導人毛澤東、周恩來、朱德等還將亞洲象、猞猁、長臂猿、黑熊、大耳羊、麋鹿、印度犀牛等珍貴動物捐贈給西郊公園進行飼養和展覽。此外，西郊公園管理處還從國外購買和交換動物，擴大了西郊公園的動物種類。
北京動物園的發展
4月1955，1日，西郊公園正式更名為“北京動物園”，由時任中國科學院院長的著名學者郭沫若題寫。文革期間，郭沫若題寫的匾額被取下，“北京動物園”二字選自毛澤東詩詞書法《沁園春·雪》，拼湊成現在的樣子。動物園西式門樓上方的雕龍圖案也被砸碎。
從1955到1975的20年間，北京動物園取得了壹定的發展，先後建成了大象館、獅虎山、獼猴館、猩猩館、海洋動物館、兩棲爬行動物館等。其中獅虎山、猩猩館、兩棲爬行動物館等場館沿用至今，成為北京動物園的標誌性建築。
北京動物園先後展出了毛冠鹿、秘魯企鵝、西裏伯斯水牛、華南虎、北美麝牛、亞洲象(米杜拉)、日本瞪羚、智利火烈鳥、美洲海貍、白犀牛、獐子、暹羅鱷、中美洲貘、加勒比海海牛、白唇鹿、阿拉伯狒狒和山鹿。
除了接受和飼養外交禮品動物，北京動物園還向外國提供了許多中國特有的珍稀動物作為國際交流的禮物，為1970年代中國人民的外交局面做出了獨特的貢獻
上世紀六八十年代中國改革開放後，北京動物園發展迅速。建成了非洲象館、野雞館、中獸館、鹿苑、豺狐館、袋鼠館、豪豬豚鼠館、鶴類養殖島、火烈鳥館、朱鹮館、夜行動物館、熱帶魚館、熱帶小猴館、大猩猩館、大熊貓館、金絲猴館、黑頸鶴養殖館。其中，作為1990亞運會配套工程的新大熊貓館也被評為當年北京十大建築之壹，成為北京動物園的標誌性建築之壹。現階段，北京動物園的動物繁育研究也取得了很大進展，其中大熊貓、朱鹮等珍稀動物的人工繁育技術處於世界領先地位。
1990年代，北京動物園向北擴張，與此同時，西部和南部的土地作為商業用地被高價出讓。期間新建了新象館、犀牛河馬館、北京水族館、科學館、鳥類館、非洲動物放養區等建築。同時采用了更科學的動物飼養方式來創造它們的原始環境，壹些動物被分散或混合飼養。