Заснований 1908 з ініціативи Київського товариства аматорів природи, головою якого був проф. Київського університету Н.А. Оболенський, секретарем – В.А. Бурдзинський, який став першим директором Київ, зоопарку і був ним до 1928. Навесні 1909 правління університету відвело Товариству тимчасово, до придбання власної території, ділянку землі в університетському ботанічному саду для влаштування зоологічного парку. В зв’язку з фінансовими труднощами перші роки зоопарк існував на добровільні пожертвування. У 1912 правління університету подало київ, генерал-губернатору Ф.Ф. Трепову скаргу, в якій йшлося, що перебування зоопарку в Ботанічному саду призводить до псування тваринами дерев, зараженню грунту, а неприємний запах і лемент тварин турбують мешканців Караваєвської вулиці (нині – Льва Толстого). Існували також інші причини, за якими зоопарк потребував власної постійної ділянки: через відсутність зимових опалюваних приміщень тварини зимували в складських помешканнях станції Київ-товарний, що призводило до захворювань і смерті багатьох їх рідкісних екземплярів. У 1913 Товариство любителів тварин порушило питання перед Міською думою про надання зоопарку нової території і того ж року йому було виділено 25 десятин землі на Шулявських пустирях і ярах, що прилягали до річки Либідь.
В 1919 К, з. п. був націоналізований і перейшов у відання міськвиконкому. В 20-х pp. зоопарку виділено додаткову площу в 14 десятин, на його розвиток відпускалися чималі кошти, що дало можливість не тільки купувати тварин, а й організовувати окремі експедиції для виловлення їх у природі (Середня Азія, Кавказ). К. з. п. почав проводити обмінні операції з іншими зоопарками та іноземними торговельними фірмами. Поряд із цим багато уваги приділялося будівництву виробничих приміщень, благоустрою зоопарку. Наприкінці 20-х pp. на території парку побудовано лев’ятник, слоновник, ведмежатник, будинок контори.
В 1930 колекція зоопарку налічувала понад 500 екземплярів тварин різних видів, у тому числі левів, леопардів, гієн, антилоп і навіть слонів (слониху Міряй завезено 1929). Зоопарк став значним культурно-просвітні науково-дослідним закладом. Його роботою керувала вчена рада, до складу якої входили висококваліфіковані спеціалісти. До 1941 К. з. п. мав 1500 голів тварин, 273 види експонувалися в упорядкованих помешканнях, просторих вигулах і вольєрах. Проводилася культурно-просвітня робота з метою пропаганди науково-природничих знань, працювали гуртки юних натуралістів, для яких спеціально влаштовано Будинок юннатів.
Ще 1913 заклали майбутній дендропарк зоопарку. Члени Товариства, буваючи за кордоном, привозили звідти рідкісні тропічні породи дерев і чагарників і висаджували їх на території парку. Вся робота з благоустрою проводилася ентузіастами і робітниками парку. До Великої Вітчизняної війни парк було чудово озеленено та оформлено, на території влаштовано чудові клумби з квітами. Тут росли рідкісні для Киева види дерев: сосни гірська, бамисова, веймутова, ялинка східна, дуб пірамідальний, червоний, шерлаховий, болотний, різноманітні види модрин, ялиць, бука тощо. Всього деревних насаджень па території парку налічувалося понад 120 видів, в т.ч. бл. 30 видів хвойних.
Подальший розвиток зоопарку перервано війною. У період фашистської окупації його було розорено, окупанта вивезли до Німеччини цінних тварин, значну частину колекції знищили, вольєри, загони, басейни та ін. будівлі зруйнували. З усієї колекції вціліло тільки 38 тварин. Після звільнення Києва почалося відновлений, а по суті, друге народження зоопарку. З метою поліпшення декоративного оформлення в парку щорічно висаджувалося понад півмільйона кущів і різноманітних квітів, дерев і чагарників. Зоопарк здавав сотні кілограмів різного цінного насіння для посадок полезахисних смуг і вирощування деревних насаджень д\я озеленення міста. Поряд із загальним благоустроєм зоопарку відбувалося швидке збільшення кількості його експонатів. Так, в 1953 їх налічувалося вже 1149.
Нині територія зоопарку являє собою чудовий парковий масив, що займає бл. 40 га землі. Природний рельєф (пагорби, яри, озера), цінні деревні і чагарникові насадження роблять його одним із мальовничих куточків Києва. Тут понад 14 000 дерев і чагарників, розбиті газони, ставки. Колекція тварин налічує 2000 тварин, представників 350 видів світової фауни.
Щороку зростав інтерес до зоопарку, про що свідчать такі цифри: в 1938 зоопарк відвідало 500 тис. чоловік, 1958 – 800 тис, 1972 – бл. 1,5 млн чоловік. У 1964 Київський міськвиконком затвердив план першої часткової реконструкції зоопарку, 1969 завершилося будівництво центрального входу з помешканням для кас і екскурсбюро, 1970 – павільйону для птахів площею 2400 кв. м, 1972 – аква-тераріуму, де експонувалося 20 видів екзотичних риб і бл. 10 видів плазунів, 1976 здано в експлуатацію комплекс для приматів, 1982 закінчено будівництво "Острова диких звірів" площею 2 га, найбільшого в Європі для утримання тварин із родини котячих. В 1998 розпочалась повна реконструкція зоопарку, яка має завершитися до 2008.
З 1996 – К. з. п. є членом Європейської асоціації зоопарків та акваріумів. Він постійно пропагує гуманне ставлення до тварин, екскурсоводи проводять тематичні екскурсії, В зоопарку створено умови, щоб батьки і діти могли тут відпочити і цікаво провести час; для них проводяться свята, цікаві зоовікторини з врученням пам’ятних подарунків.