Une orangerie était déjà prévue dans le projet du jardin des plantes énoncée le 3 fructidor an IV (20/08/1796) par l’administration centrale du département du Rhône, afin de faire hiverner en hors gel les plantes un peu frileuses. Il était initialement prévu d’acquérir les bâtiments contigus à l’enclos de la Déserte pour installer cette orangerie. Jusqu’en 1819 cette orangerie « aménagée » était donc située sur la gauche après l’entrée du jardin, en bordure de la montée des Carmélites (9).
Le bâtiment, bien qu’il soit exposé à l’est, ne convenait pas parfaitement pour l’usage qui lui avait été attribué.
C’est en 1819-1820 que fut construite la véritable orangerie, plus adaptée à l’hivernage des plantes grâce à ses vitrages, au même emplacement.
Seringe, le directeur de l’époque, assure tous les étés à partir de 1831 un cours gratuit en 15 leçons dans l’orangerie à l’usage des élèves de l’école de dessin du Palais Saint-Pierre.
En 1857, lorsque le jardin botanique s’installa aux Brotteaux au sein de l’actuel Parc de la Tête d’Or, on propose à l’architecte paysagiste Buhler de construire une nouvelle orangerie. Ce fut finalement celle du Jardin des plantes qui fut déplacée. Il s’agit du seul bâtiment qui fut transporté et remonté, pierre par pierre d’un jardin à l’autre. Elle fut alors installée le long de la ligne de chemin de fer, assez proche de l’entrée de la voûte (Boulevard Stalingrad). Elle accueille l’hiver les orangers, les citronniers, les agaves et les autres plantes qui supportent des températures proches de 0 °C en hiver. Le chauffage y est assuré par deux fourneaux reliés chacun à une cheminée indépendante et alimentés en charbon et en bois. Un jardinier logé dans le Parc, M. Bihorel, est chargé de l’approvisionnement en combustible et doit veiller à l’entretien annuel de l’orangerie : peinture des caisses à orangers, des portes et fenêtres et de tous les bois et ferrures.
Cet entretien ne sera finalement pas très suivi et en 1896 le bâtiment « menace ruine ». Il avait coûté 27 861,50 F. En 1825 il est reconstruit sur le même modèle.
Beaucoup de plantes employées pour la décoration de la ville (agrumes mais aussi palmiers, lauriers roses et agaves) hivernent à l’orangerie. En 1887, elle est devenue trop petite pour abriter toutes les caisses, et ne peut recevoir que 41 des 63 orangers de la ville. Les autres végétaux sont stockées dans les grandes serres et à Gerland, dans un hangar aménagé à cette intention. Cette solution provisoire n’étant pas satisfaisante, il est décidé de construire une nouvelle serre (l’actuelle serre de Madagascar) pour abriter les palmiers, lauriers et agaves, et surtout d’agrandir l’orangerie.
En 1899, le projet d’agrandissement est accepté et il est convenu d’ajouter une surface de 230 m2 pour un coût de 30 000 F. Deux pans latéraux semblables en tout point au bâtiment existant sont donc montés en pierre de taille de Tournus (sauf pour les colonnes, bases et chapiteaux qui sont réalisés en pierre de Villebois). Le plan d’époque est très précis quant aux travaux à effectuer.
L’entrepreneur, un certain M. Leclerc, est sommé à la fin août 1900 d’accélérer ses travaux afin que la 1re ferme de l’orangerie touchant l’autre bâtiment soit posée et que la nouvelle toiture soit raccordée à l’ancienne, pour que l’ancien bâtiment soit couvert le 10 septembre au plus tard et qu’on n'ait plus à toucher à sa toiture. Les travaux de toiture effectués par M. Leclerc ne donnent pas entière satisfaction car il existe en mai 1901 de nombreuses « gouttières » (fuites) notamment au niveau du raccordement ancienne et nouvelle toiture qui risquent d’abîmer les plafonds en plâtre. Visiblement cela n’a toujours pas été corrigé en mars 1902 !
La vocation première de l’orangerie s’élargit et en 1904 : une chambre est aménagée dans les greniers pour loger le jardinier Philibert Chabot car sa chambre actuelle n’est pas conforme aux règlements d’hygiène.
L’orangerie semble avoir été relativement peu entretenue au fil des ans passés au Parc. Chaque intervention semble avoir été opérée dans l’urgence comme :
Enfin en 1990 une remise en état du bâtiment est réalisé afin de pouvoir y accueillir le public, avec notamment la mise en place d’un dallage sur l’ensemble du sol. Le bâtiment est de nos jours employé pour accueillir diverses expositions, en lien direct ou non avec le jardin botanique. Sa gestion a été confié aux espaces verts et elle a perdu son rôle de serre d’hivernage sauf pour quelques agrumes en caisses, vestiges d’une époque révolue…
Les plus notables de ces expositions durant ces dernières années ont été :