1841年英國佔領香港島後，將花園道、上亞厘畢道、己連拿利山坡，劃為政府山，建立殖民地行政中心。

第一次鴉片戰爭（1839至1842年）期間，1841年3月13日，莊士敦登上東印度公司汽輪兵艦復仇女神號，參加從澳門赴廣州的西江探險。
6月22日，兼任香港行政官的義律，奉命領兵北上，參與第一次鴉片戰爭，莊士敦獲委任為香港護理行政官，署理義律於香港的職務。

8月10日，砵甸乍從英國來到香港，取代義律擔任英方全權代表兼香港行政官。
8月22日，砵甸乍北上參戰，繼續委任莊士敦為護理行政官。

1842年6月13日，砵甸乍授權莊士敦於中環一個小山崗上，修建一所樓高兩層大宅，作為官邸及辦事處，落成後命名為「莊士敦樓」，首兩任港督砵甸乍及戴維斯，以「莊士敦樓」作為官邸。

1844年2月23日，戴維斯成為第二任香港總督，接替在同年5月8日卸任的砵甸乍爵士。

1847年1月，皇家亞洲學會香港分會成立，戴維斯在漢學上享負盛名，獲推舉為創會會長，戴維斯建議研究植物學作為分會發展一大方向希望英國政府批准撥地興建一所植物公園。

1848年，戴維斯徵收人頭稅，大失民心，3月18日辭任總督一職，3月21日離開香港。

文咸爵士接任港督後，港府翻譯官郭士立重提興建植物公園，港督文咸以需要興建港督府，財政緊絀，押後計劃。

1851年10月，港督府工程啟動，由第二任測量總署署長卡拉弗利設計。

1854年4月13日，寶寧爵士接任港督。
1855年，港督府竣工，耗資一萬四千九百四十英鎊，寶寧爵士同意興建植物公園，但一直沒有進行。

1859年9月9日，羅便臣爵士成為第五任港督。
1860年，植物公園建築工程展開，屬維多利亞式建築，地處太平山北面山坡，最高處海拔一百米，最低處海拔六十二米。

坊間資料記載，1841年至1842年，植物公園園址，曾用作總督官邸，當時總督是三軍總司令，「兵頭」是港督三軍總司令身份俗稱，不少人稱植物公園為「兵頭花園」。

不過，1842年港督官邸位於「莊士敦樓」，距動植物公園有十五分鐘步程。

1864年，港督羅便臣主持植物公園開幕，最初是港督府的「後花園」，一般華人不得進入，被稱為「兵頭花園」。

植物公園布局分下中上三層，中層飼養雀鳥，建有果園，公園中央有大型噴水池，當時稱作水景，不少西人兒童、僕婢於公園遊玩，公園於黃昏時有西樂演奏。

1866年3月11日，麥當奴爵士接任港督。
1871年，查理斯·福特，獲委任為植物公園首位園林監督，建議在植物公園設立植物標本室。

1878年，香港植物標本室在公園內建立，以福特在香港及華南地區採集的標本作為基礎，是中國首個對外開放的植物標本室，漸成為遠東植物學中心。

1883年6月3日，港督堅尼地卸任，植物公園上層豎立堅尼地銅像，紀念堅尼地對香港的貢獻，植物公園全面開放。
公園當時沒有中文名稱，市民到公園參觀，看到堅尼地銅像，將公園稱為「兵頭花園」，近雅賓利道的植物公園，被稱為「二兵頭花園」。

1926年11月26日，張子芳及表兄黃華岳，在植物公園商談開設麵包店計劃，以「Garden」及粵語譯音「嘉頓」命名，「嘉頓」開業時，店舖設於九龍荔枝角道。

1931年到1933年，公園底下興建水庫暫停開放。（傳建軍火庫，相信與域多利軍火庫混淆）

1941年，香港政府計劃慶祝香港開埠百周年，在公園豎立英皇佐治六世銅像，因日軍日趨逼近而押後。

日佔時期，植物公園被易名為「大正公園」，大量植物被毀。
1942年後期，日軍封閉公園修建香港神社，堅尼地銅像、匯豐銀行一對銅獅子、英女皇像，同被「獻銅運動」份子拆除，運往日本準備作軍備原料，堅尼地銅像被熔掉。
戰後，植物公園展開重建。

1948年10月，在日本神戶尋回的英女皇像，安放在植物公園內，其後移到維多利亞公園。

1953年，公園由市政局接管，園內動物及雀鳥數目與日俱增。

1958年，市政局在原本安置堅尼地銅像位置，豎立英皇佐治六世銅像，銅像下的銘文是：香港開埠一百周年立像以茲紀念，公元一八四一年至一九四一年。

七十年代，當局在雅賓利道擴建第二期公園，引入哺乳動物與爬蟲類作展示用途。

1975年，植物公園正式易名為香港動植物公園，由單純飼養動物作展示用途，轉為研究動物繁殖技術，成功繁殖多種瀕危鳥類（例如鳳冠孔雀雉），靈長目動物（例如紅毛猩猩）。

不少知名人士以野生動物基金會名義，前往公園參觀，包括：
1983年，愛丁堡公爵菲臘親王。
1988年，英國安妮公主。
2000年1月起，公園由康樂及文化事務署接管。

公園佔地5.6公頃，坐落花園道、羅便臣道，己連拿利、上亞里畢道之間，共有九個入口。
雅賓利道貫穿公園，將公園分為東、西兩部份，由一條行人隧道連接，公園東部稱為「舊公園」，設有兒童遊樂場，鳥舍、溫室、噴水池、平臺花園。

公園內種植千多種植物，大部份產自熱帶及亞熱帶地區，其中二十三棵樹列入古樹名木冊。
公園南部角落設有藥用植物園，灌木植物集中在噴水池平臺花園，公園東面邊緣的溫室，種植超過一百五十多個本地及外來品種植物。

西部稱為「新公園」，主要是哺乳類和爬行類動物居所。

不少動物籠自七十年代以來未曾更換，外觀如監倉，完全無法與國際接軌。
2003年，政府有意將公園回復為植物公園，計劃將公園內的動物擇地安置，同年，1978年入住的美洲虎小黑病逝。

2003年1月，民政事務局局長何志平，提議在香港動植物公園豎立孫中山銅像，取代英皇佐治六世銅像。

在公園生活了三十年的婆羅洲猩猩王「達圖」，2008年因心臟病在籠內猝死。

2008年6月，雌性美洲豹「小花」，在公園生活了二十年後去世。
2009年3月，「小花」製成標本，在公園的教育及展覽中心內展出。

2013至2014年，香港動植物公園，營運支出約八百三十萬元，維修保養費用三百三十萬元，過去一年入場人次約八十五萬。

2014年，港府有意為公園訂下長遠計劃，委託香港嘉道理研究所及嘉道理農場研究，專家建議整合公園設施，動物、植物、保育、教育四合一。

2016年，康樂及文化事務署新設「狐獴之家」分別住有四歲及五歲雌性狐獴。

2018年3月，年約三歲的瀕危黑臉琵鷺，在南生圍由漁護處救起，送到嘉道理農場暨植物園的野生動物拯救中心，獲救後安置到香港動植物公園與其他水鳥為伴。

2021年，植物公園啟用一百五十周年，公園為美洲紅鸛及婆羅州猩猩換新居。

海洋公園轉贈兩種動物給香港動植物公園，包括原產日本的水獺「白子」，有非洲亮麗鳥兒美譽的黑冕鶴。
由香港公園遷移過來的雄性白鵜鶘「德德」，重量達七十公斤，是公園內身形最大鳥類。

公園約有一半地方撥作飼養動物，設置大約四十個籠舍，合共飼養約三百隻雀鳥，七十頭哺乳類動物，二十頭爬行類動物。

公園內的爬蟲屋，主要飼養緬甸蟒蛇及揚子鱷，教育及展覽中心，陳列不同類型動物標本，包括曾是鎮園之寶的美洲虎及丹頂鶴。

香港動植物公園是香港歷史最悠久的公園，內有七個具歷史意義景點。

花園道出入口標記在1867年的地圖上，遊人可從這裏進出公園。
一對花崗石閘門柱，柱頭飾以階梯狀緣邊及四角錐體形花崗石構件，是園內歷史最悠久建築構件之一，2021年3月11日確定為二級歷史建築。

昔日植物公園主要入口，六條石柱及後方梯級，其中一條石柱正面刻有，Old Botanic Gardens（「舊植物公園」 ），證明公園原稱植物公園，2021年3月11日確定為一級歷史建築。

噴水池建於1864年，公園開放前已經存在，是植物公園重要地標，由英國運來的花崗石製造，共分三層設計，噴水池原來直徑約六十呎
中央柱式分層裝置從英國運來，高約二十呎，最底的水池飼養金魚，栽有荷花。

噴水池歷年來經過多次重修，第二代採用幾何式圓形噴泉設計，八十年代用多角形圓球型噴泉設計，噴水池對上一次整修在2010年。

1932年，香港政府為供應中區一帶食水，在噴水池平臺基底下興建配水庫，現稱「動植物公園食水配水庫」。
興建新配水庫後，原有噴水池及平臺需拆卸升高及重建，新噴水池平臺及紀念碑出現高度差距。
1931至1933年間，興建一道花崗石台階連接，這道台階與配水庫隧道口，見證戰前中區水務歷史，2021年3月11日確定為三級歷史建築。

1866年的涼亭，呈八角形設計，初時用作軍樂團演奏，現時作涼亭之用。

英皇佐治六世銅像，由英國著名戰爭雕塑家萊德沃德所鑄，紀念香港開埠一百周年（1841至1941年）。
1958年豎設於植物公園，銅像現時位置原是堅尼地爵士銅像，日佔時期，堅尼地銅像被運往日本熔掉。

華人紀念碑，建於1928年，紀念在第一次世界大戰殉難的華人，牌坊在第二次世界大戰期間遭到損毀，戰後由香港政府修復，悼念在兩次世界大戰中為同盟國殉難的華人，「紀念戰時華人為同盟國殉難者」牌坊，前後各有一對石獅守護，皆爲雄性，2021年3月11日確定為一級歷史建築。

中央總警署華差袁裕祥（24歲），與西營盤富陞茶樓女招待吳秀貞（16歲），兩人熱戀但被家人反對，1937年3月23日晚上，兩人到二兵頭花園商議。

3月24日早上六時許，二兵頭花園園丁周顯明，發現兩人中槍死亡，依偎在椅上。

之後，牌坊的石獅，傳出「石珠殺人事件」，傳說，四隻雄性石獅口中都含有石珠，晚上會射出石珠，襲擊路過情侶。

警方派出一男一女警員假扮情侶巡邏，在石牌坊位置，男警突然被石珠擊中，附近埋伏同袍衝出卻未發現凶徒，發現石獅口中染有鮮血，遇襲警員傷重不治。

警方高層請來道士做法事，擊碎石獅口中石珠，抹去石獅的點睛硃砂，從此未再有傷人事件。