Được Adrian van Stekhoven xây dựng năm 1752, nằm kế bên Dinh Schönbrunn, theo lệnh của Hoàng đế La Mã Thần thánh thời điểm đó là Franz I, chồng của Maria Theresia, với chức năng là vườn thú hoàng gia. Đến ngày nay nó là vườn thú lâu đời nhất trên thế giới còn hoạt động[2]. Nó nằm bao quanh một pavilion là phòng ăn sáng hoàng gia. Do vậy, mười ba chuồng nhốt thú theo hình nan quạt được dựng lên quanh pavilion trung tâm này.

Các pavilion trung tâm và vườn thú được Jean Nicolas Jadot de Ville-Issey thiết kế. Một vườn thú nhỏ đã từng tồn tại trên khu đất này từ năm 1540, nhưng sau khi xây dựng, tận đến năm 1779 mới mở cửa cho công chúng vào tham quan. Ban đầu việc tham quan là miễn phí.

Hoàng đế La Mã Thần thánh Joseph II đã tổ chức những chuyến thám hiểm ở châu Phi và châu Mỹ để kiếm thêm những cá thể cho vườn thú. Sự xuất hiện của con hươu cao cổ đầu tiên vào năm 1828 đã ảnh hưởng tới thời trang và cuộc sống của thành phố Viên. Nó ảnh hướng đến những thiết kế quần áo, đồ phụ kiện và các đồ vật khác. Adolf Bäuerle đã trình diễn một vở kịch có tên Giraffen in Wien (tiếng Đức: Những con hươu cao cổ ở Viên).

Tại thời điểm xảy ra Chiến tranh thế giới thứ nhất, vườn thú có 712 loài với 3500 cá thể. Vì sự thiếu thốn lương thực trong chiến tranh nên số cá thể nhanh chóng sụt giảm xuống còn 900. Sau khi Đế quốc Áo-Hung tan rã sau chiến tranh, vườn thú nằm dưới quyền quản lý của Cộng hòa Áo.

Hai trận ném bom vào ngày 19 và 21 tháng 2 năm 1945 trong Chiến tranh thế giới thứ hai đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến vườn thú. Nhiều công trình bị phá hủy và nhiều cá thể bị chết, làm giảm số lượng cá thể xuống còn 400. Giám đốc mới của vườn thú sau chiến tranh là tiến sĩ Julius Brachetka đã nỗ lực khôi phục lại vườn thú.

Vườn thú từng đối mặt với khủng hoảng tài chính trong thập niên 1980, nhưng việc tư nhân hóa vườn thú năm 1992 đã giúp cho nó không bị đóng cửa. Tiến sĩ Helmut Pechlaner được bổ nhiệm làm giám đốc vườn thú. Sau khi Pechlaner nghỉ hưu vào 1 tháng 1 năm 2007, người phó của ông là tiến sĩ Dagmar Schratter lên thay vị trí. Bà đang là giám đốc ở thời điểm hiện tại (đầu năm 2019).

Pechlaner có thể trùng tu và mở rộng nhiều chuồng thú nhờ vào các nhà tài trợ và tăng giá đáng kể vé vào cửa. Trong thời gian ông làm giám đốc, vườn thú được mở rộng thêm những công trình mới, bao gồm including the rainforest house, the desert house, and the "Tyrolean farmhouse". A number of rare and exotic specimens, such as giant pandas và koala, were attracted to the zoo and contributed to its upswing in popularity.