Il fondatore dell'attuale Zoo di Madrid fu Antonio Lleó de la Viña, responsabile della costruzione del complesso nella Casa de Campo. Il progetto iniziale dello Zoo di Madrid venne incaricato all'architetto catalano Jordi Mir Valls, vincitore del concorso creato appositamente per tale scopo. Il parco fu dunque inaugurato nel 1972.

Quindici anni dopo, nel 1987, venne costruito il delfinario inaugurato con sette delfini (Tursiops truncatus). In seguito fu costruito anche il padiglione Naturaleza Misteriosa (Natura Misteriosa) dove si trova una collezione di rettili, anfibi ed invertebrati.

Nel 1995 venne costruita la parte sud-est del recinto dell'Aquarium, a forma di piramide di cristallo, che misura 3.000 m².

Nel 1997, vennero introdotte le esibizioni di volo con uccelli rapaci ed esotici, in una zona vicina al delfinario. In quello stesso anno gli allora proprietari (Banca Bilbao Vizcaya, gli ereditieri di Lleó de la Viña e della società Patriber) vendettero il complesso al Parque de Atracciones de Madrid (Parques Reunidos).[1]

Nel 2002, la regina Sofia e l'allora sindaco di Madrid, José María Álvarez del Manzano, inaugurarono le aule di educazione ambientale dello Zoo Aquarium.

Nel 2003, venne costruito il padiglione dei leoni marini (Zalophus californianus) e dei pinguini (Spheniscus demersus).

Nel 2006, venne costruita la zona dei primati dell'Asia sud-orientale, che conteneva gli oranghi e i gibboni dalle mani bianche (Hylobates lar).

Dal settembre 2007 il parco comprende un nuovo recinto con panda giganti (Ailuropoda melanoleuca). I primi due esemplari vennero donati dal governo cinese.