Зоопарк был торжественно открыт 1 августа 1844. Основой зоопарка стал королевский зверинец, созданный по инициативе Фридриха Вильгельма III (прусский король в 1797-1840 гг.). Зверинец находился на острове Павлинов (Пфауэнинзель, на реке Хафель, между Берлином и Потсдамом), и располагал значительной коллекцией птиц и таких редких животных, как кенгуру и ламы. Фридрих Вильгельм IV не испытывал к зверинцу особой привязанности, и в 1841, когда главный садовник Петер Йозеф Линне, путешественник Мартин Генрих Лихтенштейн и географ Александр фон Гумбольдт выступили с предложением создать общественный зоологический сад, король лично распорядился передать новому учреждению большую часть королевской коллекции. За три года были построены все необходимые помещения, зоопарк стал первым в Германии и девятым в Европе. С 1845 Берлинский зоопарк является акционерным обществом, федеральной земле Берлин принадлежит лишь 1 акция, остальные 3999 акций находятся в частных руках.
В 1869 директором стал Генрих Бодинус, ставший инициатором строительства уникальных «экзотических» павильонов. Благодаря его усилиям в 1871 был открыт украшенный 4 минаретами павильон с антилопами, ставший одной из основных достопримечательностей города. Через несколько месяцев после открытия павильон антилоп во время Берлинской встречи посетили три европейских императора: германский Вильгельм I, австро-венгерский Франц Иосиф I и российский Александр II. Позже были построены павильон слонов в индийском стиле, павильон страусов в египетском стиле, павильон непарнокопытных в арабском стиле, журавлиный павильон в японском стиле и великолепные Слоновые ворота. Расцвет зоопарка приходится на конец 19 в., в 1888 директором становится доктор Людвиг Хек, при нем зоопарк становится одним из лучших в мире, конкурируя с более старым Лондонским зоопарком. Апогеем расцвета стало открытие в 1913 трехэтажного Аквариума (который включал, помимо аквариумов, также и террариумы), в котором впервые была воссоздана среда обитания крокодилов.
Во время Первой мировой войны зоопарк сильно пострадал, однако за короткое время он был восстановлен и значительно расширен. Вторая мировая война не оставила зоопарку шансов на выживание. После многочисленных бомбардировок Берлина из 3715 экземпляров в зоопарке сохранились только 91. Многие животные получили приют в домах знаменитых зоологов и любителей животных. Во время войны сотрудникам зоопарка удалось выявить видовые различия между шимпанзе — при бомбардировке шимпанзе меньшего размера погибли от страха, а более крупные особи спокойно спали. В дальнейшем шимпанзе были разделены на два самостоятельных вида, а у умерших от страха карликовых шимпанзе (шимпанзе бонобо) были обнаружены и другие отличия, главным образом, поведенческие.
Основные работы по восстановлению утраченного велись в 1945-56 гг., к этому времени удалось восстановить павильоны для антилоп и слонов, построить новый павильон для бегемотов. Расположенный в Западном Берлине, зоопарк стал излюбленным местом отдыха западноберлинцев, не имевших возможности поехать загород. В 1955 в Восточном Берлине был открыт свой зоопарк в районе Фридрихсфельде, с 1990 между зоопарками существует тесное сотрудничество. В совокупности коллекция этих двух зоопарков значительно превосходит любые другие зоопарки мира.
В коллекции Берлинского зоопарка (и его аквариума) приблизительно 1, 5 тыс видов (14 тыс экземпляров), в том числе 250 видов млекопитающих, 500 видов птиц, 200 видов беспозвоночных, 50 видов земноводных, 100 видов пресмыкающихся, 400 видов рыб. Зоопарк считается одной из главных достопримечательностей Берлина, ежегодно его посещают свыше 2, 5 млн человек.