De tous temps, et sur presque tous les continents, les hommes se sont constitué des collections d'animaux plus ou moins vastes, pour des raisons diverses. Cet article résume les différentes étapes de l'histoire de ces établissements.
Dès les civilisations les plus anciennes de l'Antiquité, des hommes ont entretenu des collections animales. Le plus souvent, elles servaient de reflet à la gloire des puissants, chez les Babyloniens, les Égyptiens, les Romains, mais aussi en Asie et chez les peuples précolombiens. Les animaux pouvaient aussi être entretenus dans des buts religieux, lorsqu'ils étaient consacrés à une divinité (en Grèce, en Égypte, etc.).
Les collections aristocratiques se sont perpétuées dans les seigneuries, les monastères, les municipalités et les États occidentaux, au Moyen-Âge et dans les temps modernes ; un seul zoo est resté de cette époque, le Zoo de Schönbrunn à Vienne, en Autriche, qui date du milieu du XVIIIe siècle. La Ménagerie impériale de Schönbrunn a été fondée par la monarchie des Habsbourg en 1752 et, étant une ménagerie de cour à caractère privé, a été ouverte au public en 1779.
Parmi les ménageries aristocratiques disparues, demeurent, dans les mémoires nationales, les établissements précurseurs de zoos modernes :
Le peuple y avait très rarement accès, mais des forains présentaient couramment des animaux sauvages dressés dans les villes : des ours, des singes, des phoques, et même, au XVIIIe siècle, un Rhinocéros en 1749 et un Casoar en 1765 à Paris.
En raison de l'accomplissement de grands progrès en matière de zoologie, les zoos se transforment, se modernisent et s'adaptent au niveau scientifique de l'époque. Certains ont été fortement modifiés par le passage de la guerre, comme ceux de Vienne, de Rotterdam, de Wroclaw ou de Berlin.
Progressivement, le rôle du zoo va changer. Dès les années 1950, les éthologues tels Hediger et Lorenz, qui étudiaient les animaux en captivité, vont s'efforcer d'aménager les enclos et cages de façon à ce que leurs pensionnaires puissent se maintenir le plus longtemps possible, sans troubles comportementaux ou physiologiques, et aussi se reproduire. C'est le moment où l'on arrivera à obtenir la reproduction d'espèces réputées difficiles voire impossibles à élever en captivité, tels en 1956 le Rhinocéros indien au Zoo de Bâle, le Gorille au Zoo de Colombus (Ohio) ou le Guépard au Zoo de Philadelphie et en 1957 l'Okapi au Zoo de Vincennes.
Diverses formes d'aménagement des enclos vont se développer, avec plus ou moins de succès (comme les "parcs safaris" qui fleurirent à la fin des années 1960 et dans les années 1970 dans les pays occidentaux). En France, la Réserve Africaine de Thoiry est inaugurée en 1968.
Mais les standards et les normes vont être de plus en plus exigeants en ce qui concerne le bien-être animal dans de nombreux pays, d'autant plus que les mouvements "de libération animale" opposés aux zoos sont virulents dans certains pays tels le Royaume-Uni. Certains zoos, qualifiés d'utopiques sur le modèle du Wild Animal Park de San Diego qui a ouvert ses portes en 1972, présentent désormais les grands animaux dans de très vastes enclos (atteignant parfois quelques dizaines d'hectares), riches en végétation et en abris, de sorte que le visiteur doit souvent faire l'effort de rechercher les animaux, sans qu'il puisse s'attendre à les rencontrer automatiquement. Inversement, les zoos urbains (comme ceux de Francfort, de Londres ou de Paris), où la superficie disponible est limitée et où il n'existe pas de possibilité d'agrandissement, ont tendance à se recentrer sur la présentation d'espèces de taille petite ou moyenne (oiseaux, petits primates, reptiles, etc.); certains d'entre eux ont d'ailleurs acquis une réputation remarquable dans l'élevage de ces espèces. À partir de 1978, les zoos urbains américains suivront l'exemple développé par le Zoo de Seattle, pour la rénovation de leurs enclos ou pour la construction de nouvelles installations, en utilisant largement le concept d'immersion dans le paysage. Ces nouveaux aménagements (où les visiteurs partagent le même habitat naturaliste que les animaux) sont réalisés dans le cadre de plans d'ensemble structurés sur la base de thèmes bioclimatiques ou zoogéographiques.
Mais la fin du XXe siècle est aussi le temps d'une prise de conscience importante de la dégradation accélérée des milieux naturels et de la faune qui y habite, en particulier dans certains écosystèmes (forêts tropicales...). Dans ce contexte, beaucoup de zoos sont devenus des conservatoires d'espèces menacées, s'orientant vers l'élevage d'espèces en voie d'extinction : certains, comme le Zoo de Jersey en Angleterre, ont mené une politique exemplaire en la matière, alliant élevage d'animaux d'espèces menacées en zoo et actions de conservation des espèces et de leurs biotopes, dans leurs pays d'origine. De nombreux autres zoos s'orientent dans la même direction, et ont élaboré des plans de conservation de certaines espèces en captivité, voire des actions de réintroduction de ces espèces dans le milieu naturel (le Tamarin-lion dans le sud du Brésil, l'Oryx algazelle en Tunisie, le Vautour moine en France, etc...), ou des projets de conservation de biotopes menacés (comme les forêts primaires d'Afrique équatoriale, d'Asie du Sud-Est et d'Amérique du Sud), en lien avec des ONG de protection de la nature.
Beaucoup de zoos ont aussi arrêté de s'approvisionner avec des animaux prélevés dans leurs pays d'origine, n'élevant plus que des animaux nés en captivité (y compris pour des espèces difficiles à maintenir comme les Gorilles et les Éléphants) ; toutefois, le commerce des animaux exotiques, souvent illégal, est florissant et pourvoit des collectionneurs privés (surtout) ainsi que quelques établissements peu scrupuleux.
Certains établissements restent toujours controversés, tels l'ensemble des delphinariums, dont les pensionnaires sont, dans leur très grande majorité, prélevés dans la nature, ainsi qu'un certain nombre de zoos qui n'ont toujours pas adopté les standards actuels et maintiennent les animaux dans des installations archaïques.