สวนสัตว์ดุสิต เดิมเป็นพระราชอุทยานส่วนพระองค์ในพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว เมื่อ พ.ศ. 2438พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงมีพระราชดำริให้สร้างขึ้นบริเวณที่ราบด้านตะวันออกของพระราชวังดุสิต ตามแบบอย่างของต่างประเทศที่พระองค์เคยเสด็จไปทอดพระเนตร การสร้างก่อสร้างพระราชอุทยานเริ่มด้วยการขุดสระน้ำขนาดใหญ่เป็นรูปพระราชหัตถเลขา พระปรมาภิไธยย่อ "จ.ป.ร." ขุดคูคลองระบายน้ำ ทำถนนเชื่อมตัดผ่านจากคลองเปรมประชากรเข้าไปโดยรอบหลายเส้นทาง ดินที่ขุดขึ้นมาได้นำมาใช้ในการถมเนินและปลูกต้นไม้ พระองค์จึงโปรดเรียกที่นี้ว่า "เขาดินวนา"
พระราชอุทยานแห่งนี้ใช้เป็นที่เสด็จประพาส เพื่อทรงเปลี่ยนพระราชอิริยาบถแต่เพียงอย่างเดียว ยังไม่มีการนำสัตว์ชนิดใดมาเลี้ยงไว้ เมื่อพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวเสด็จสวรรคต พระราชอุทยานสวนดุสิตแห่งนี้ ถูกปล่อยทิ้งรกร้างเป็นเวลาหลายสิบปี
ใน พ.ศ. 2481รัชสมัยพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวอานันทมหิดล จอมพล ป. พิบูลสงคราม นายกรัฐมนตรี ได้นำความขึ้นกราบบังคมทูลขอพระราชทานสวนดุสิต มาจัดตั้งเป็นสวนสัตว์และเป็นสถานที่พักผ่อนหย่อนใจของประชาชน เพิ่มเติมจากสวนลุมพินี ทรงมีพระมหากรุณาธิคุณโปรดเกล้าฯ พระราชทานให้ ทั้งยังทรงพระราชทานกวางดาว ลูกหลานกวางดาวที่พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงนำมาจากอินโดนีเซีย เมื่อครั้งเสด็จประพาสหมู่เกาะชวา เมื่อ พ.ศ. 2451และสัตว์อื่นอีก 2-3ชนิด จากสวนกวางบริเวณพระที่นั่งอัมพรสถาน มาเลี้ยงไว้ในเขาดินวนา ตั้งชื่อสวนสัตว์นี้ว่า "สวนสัตว์ดุสิต"
สวนสัตว์ดุสิตอยู่ในการดำเนินงานของเทศบาลนครกรุงเทพ จนมาถึง พ.ศ. 2497จึงได้จัดตั้งองค์การสวนสัตว์ ขึ้นมาบริหารงานโดยเฉพาะ ปัจจุบันมีสัตว์ป่าทั้งในและต่างประเทศ รวมกว่า 1,600ตัว มีผู้เข้ามาใช้บริการเฉลี่ยปีละ 2.5ล้านคน
นอกจากนี้ สวนสัตว์ดุสิต เขาดินวนา ยังเคยเป็นสถานที่แข่งขันรายการเกมโชว์ทางโทรทัศน์อัจฉริยะข้ามคืน ล้านที่ 4อีกด้วย
สวนสัตว์ดุสิตเป็นสวนสัตว์เปิดที่อยู่ใจกลางเมืองกรุงเทพฯ ซึ่งภายในสวนสัตว์ประกอบไปด้วยสัตว์ป่า นานาชนิด จำนวนสัตว์ทั้งหมดรวม 1,343ตัวแบ่งออกเป็น
สัตว์ที่เลี้ยงลูกด้วยนมจำนวน 331ตัว
สัตว์เลื้อยคลานจำนวน 170ตัว
สัตว์ปีกมีทั้งสิ้นจำนวน 842 ตัว