Der preußische König Friedrich Wilhelm IV. schenkte 1841 seine im Tiergarten gelegene Fasanerie und die Tiere der Pfaueninsel der Berliner Bevölkerung. Die Zoologische Garten Berlin AG ist im selben Jahr gegründet worden. Am 1. August 1844 wurde der Zoologische Garten Berlin eröffnet. Er war damit der erste Zoo Deutschlands und der neunte der Welt. Erster Direktor war Martin Hinrich Lichtenstein. Der Zoologische Garten wurde von einer Kommission verwaltet, der außer Prof. Lichtenstein auch Alexander von Humboldt und der Gartenarchitekt Peter Josef Lenné angehörten. Die ersten Jahre waren mühsam und wirtschaftlich wenig erfolgreich.

Aufwärts ging es erst, als am 1. Oktober 1869 Dr. Heinrich Bodinius sein Amt antrat. Durch die Ausgabe neuer Aktien verbesserte sich die Finanzlage und neue Tierhäuser konnten gebaut werden. Schnell stiegen die Besucherzahlen und die Vielfalt der Arten, die heute noch den Zoo zum artenreichsten der Welt machen. In dieser Zeit entstanden Tierhäuser, deren Baustil an das jeweilige Herkunftsland der Tiere erinnerte. Ein gelungenes Beispiel ist das bis heute bestehende Antilopenhaus.

Nach einer kurzen Amtszeit des Tierarztes Dr. Maximilian Schmidt ging die Leitung des Berliner Zoos auf den erst 28-jährigen Dr. Ludwig Heck. Unter ihm entstanden u. a. die großen Bauten des Stelzvogel- und Straußenhauses, das Elefantenportal an der Budapester Straße,  das Affenpalmenhaus sowie das Pferde- und Schweinehaus. Unter seiner Leitung wurde der Zoo einer der artenreichsten Zoos der Welt, das Zoo-Aquarium wurde ebenfalls unter seiner Leitung am 18. August 1913 den Berliner übergeben.

1932 folgte ihm nach 44 Jahren sein Sohn, Dr. Lutz Heck, als Zoodirektor. Er modernisierte den fast 100jährigen Zoo. Wo immer es möglich war entstanden Gräben, die störende Gitter verdrängten. Es entstanden großzügige Freianlagen aus Naturstein, wie etwa der Affenfelsen, die Löwensteppe, die Felsanlagen für Braunbären und Wölfe und der Bergtierfelsen. Im Jahr 1939 waren über 4.000 Tiere im Zoo beheimatet.

Der 2. Weltkrieg zerstörte in kurzer Zeit die erfolgreiche Arbeit von 100 Jahren. Durch die aufopfernde Leistung der Pfleger überlebten 91 Tiere diese Schreckenszeit, darunter der Elefantenbulle „Siam“, das Flusspferd „Knautschke“ und ein Schuhschnabel.

Die wissenschaftliche Leitung übernahm nach dem Ende des Krieges Dr. Katharina Heinroth. Trotz Mangel an Material und Geld schaffte sie es, mit viel Energie den nahezu völlig zerstörten Zoo wieder aufzubauen. An ihrer Seite stand eine stets treue Belegschaft. Das Aquarium wurde abschnittweise instand gesetzt und das Antilopenhaus wieder in Betrieb genommen. Es entstand neu das Elefantenhaus und 1956 wurde mit dem Bau eines neuen Flusspferdhauses begonnen. Dr. Katharina Heinroth darf als die Retterin des Berliner Zoo nach 1945 gelten.

1956 folgte ihr Prof. Dr. Heinz-Georg Klös. Zielstrebig und planmäßig baute er den Zoo weiter auf und vervollständigte den Tierbestand und gab mit hervorragenden Zuchterfolgen die internationale Stellung dem Zoo zurück. Der Großteil der heutigen Bauten und Anlagen geht auf seine Dienstzeit zurück, z. B. die Bärenfreianlagen, das Raubtierhaus mit seiner Nachttierabteilung sowie die Zooerweiterung in den Tiergarten und der Anbau an das Aquarium. Vor allem galt sein Augenmerk der originalgetreuen Wiederherstellung vieler historischer Tierbauten. Auch das Löwentor und das Elefantentor wurden wiederaufgebaut.

Dr. Hans Frädrich folgte 1991 als Direktor. Während seiner Zeit zog die moderne Tiergartenbiologie im Zoo ein. Es entstanden u. a. das Gehege für Rappenantilopen, das Siamesische Rinderhaus, das moderne Flusspferdhaus sowie das Haus für Pinguine und das modernisierte Robbenbecken.

Nachfolger wurde 2002 Dr. Jürgen Lange, der zuvor das Aquarium modernisierte. In seiner Amtszeit wurden nicht nur die Bären-Wolfs-Anlage und die Kondorvoliere errichtet, sondern auch das Elefantenhaus, Gebirgstieranlage, Nachttierabteilung, Fasanerie, Adlerfelsen und Antilopenhaus saniert.

Im Februar 2007 übernahm die Leitung Dr. Bernhard Blaszkiewitz, der seit 1991 auch Direktor vom Tierpark Berlin ist. Damit ist er der erste Direktor in der Geschichte, der die Leitung von Zoo Berlin, Zoo-Aquarium und Tierpark Berlin innehat. Mit dieser Entscheidung hat der Aufsichtsrat der Zoologischen Garten Berlin AG deutlich gemacht, dass beide Tiergärten untrennbar in Berlin verankert sind. Der Tierpark Berlin, der 1955 im Schlossgarten Friedrichsfelde angelegt wurde und von Prof. Dr. Heinrich Dathe gegründet wurde, ist seit 1991 eine Tochtergesellschaft der Zoo AG. Seit 2007 gibt es auch ein Förderverein für beide zoologischen Einrichtungen Berlins, die Fördergemeinschaft von Tierpark Berlin und Zoo Berlin e. V.

Unter Dr. Bernhard Blaszkiewitz wurde im Jahr 2008 die neue Schimpansenanlage eröffnet und ein neuer Wirtschaftshof für den Zoo gebaut. Geplant ist für die nächsten Jahre der Neubau des Vogelhauses sowie ein neues Nashornhaus.