Die Naturhistorische Gesellschaft begann in den 1860er Jahren mit der Planung eines Zoologischen Gartens für Hannover. 1862 wurde hierfür ein Aktienverein gegründet. Er betrieb den Zoo nach der Eröffnung am 4.5.1865.

Von 1920 bis 1922 wurde der Zoo durch die Stadt betrieben, musste dann aber wegen Geldmangels schließen. Auf Betreiben einer Bürgerinitiative, gegründet von Studienrat Otto Müller (1887–1950), wurde der Zoo 1924 wiedereröffnet.

Wegen der Weltwirtschaftskrise wurde der Zoo 1932 an die Altfelder Tierhandlung Ludwig Ruhe verpachtet. Erst 1972 kam er wieder in städtische Hand.

Bei den Bombenangriffen 1943 wurde ein Großteil der ursprünglichen Zoobauten, entworfen von Wilhelm Lüer (1834-1870), zerstört. Ab 1946 begann der Wiederaufbau als Freiflächenzoo. Architekt war unter anderem Dieter Oesterlen (1911-1949), der auch das Historische Museum Hannover plante.

In den 60er und 70er Jahren konnte der Zoo Zuchterfolge bei seinen asiatischen und afrikanischen Elefanten verzeichnen. Auch die Affen vermehrten sich ungewöhnlich gut.

1993 wurde der Zoo in eine GmbH umgewandelt und 1995 von der heutigen Region Hannover für symbolische 1 D-Mark gekauft. Das Konzept des Erlebnis-Zoos mit den verschiedenen Themenwelten wurde seit 1994 bis heute weiterentwickelt.