动物园最早位于太原市现儿童公园内，系公园的专业园区之一。

   1955年5月规划选址，定在位于太原市城区西北角的黑龙潭。1956年开始征地，拆迁建设黑龙潭公园，先后建成狮虎园、熊豹房、鸣禽馆、爬虫馆、猴房、羚羊馆等12座兽舍。1957年后半年，人民公园的动物全部迁入黑龙潭公园并更名为“太原动物园”，同年12月5日正式对外开放，从此太原市有了真正专类的动物园。当时，园内动物品种达71种，276只。

   1976年，在园内湖西建起204间食草类兽舍，使动物展区扩大到园区西部，形成完整的全园动物展区。动物种类已发展到130种，1000余头（只），是华北地区规模性、区域性的动物园，也是全国八大动物园之一。

   1980年，从湖南省长沙市引进国宝大熊猫“沙沙”，使太原动物园的档次进一步提高。1998年，大熊猫“沙沙”因年岁已高，并患有白内障，在动物园死亡。33岁成为当时全国最长寿的大熊猫。

    2003年市委、市政府为加快生态园林城市建设，整合旅游资源，异地保护野生动物的角度和优化以及提升市民的生活环境质量考虑，决定将特点鲜明，资源丰富，交通便捷，有利于发展的卧虎山公园改建成太原动物园。2003年5月1日开工建设。2004年4月29日，经过近一年的建设、搬迁，正式向游人开放。

    各种动物165种，2000余头（只），其中有白犀牛、亚洲象、长颈鹿、斑马、羚牛、野驴、美洲虎、非洲狮、金钱豹、黑熊、棕熊、褐马鸡、丹顶鹤、白鹤、黑鹤、大鸨、天鹅、金刚鹦鹉等珍稀物种，还具备了褐马鸡、金钱豹、长颈鹿等动物在国内的先进繁育水平，是山西省唯一的集野生动物异地保护、繁殖、展览于一体的专类动物园。全园共分7个展区：鸟语蓝天（鸟禽区）、热带亚热带动物区、花果山（灵长类区）、自然山林、草原风情（食草动物区）、服务休闲区、科普教育区。动物园的规划以“人与自然相互融合、人与动物和谐共处”为主题，建造成一个动物最接近大自然环境最适合动物生存的空间。在饲养和观赏方式上，变以往的封闭式静态参观为圈养和散养相结合的动态参与方式，满足了人们亲近动物的愿望。

    太原动物园根据功能区划分为六个景区，分别是专为儿童设计的“小小天地”景区，种植各种花卉的“百花苑”景区，以饲养猕猴为主的“花果山”景区，以水禽湖、百花苑、孔雀苑为主的“鸟语蓝山”景区，以饲养野驴和鸵鸟等食草动物为主的“草原风情”景区，由熊山、狮馆、虎园、豹馆组成的“自然森林”景区。