Hij werd opgericht in 1864 door een groep biologieprofessors, K.F. Rulje, S.A. Usov en A.P. Bogdanov, van de Staatsuniversiteit van Moskou. In 1919, werd de dierentuin genationaliseerd. In 1922, werd de dierentuin eigendom van de stad Moskou en is sindsdien onder de controle van Moskou gebleven.
De dierentuin had een oppervlakte van 10 ha met 286 dieren, toen hij voor het eerst open ging. In 1926, werd de dierentuin uitgebreid met aangrenzend land, wat de oppervlakte vergrootte tot 18 ha. De originele gebouwen van de dierentuin waren van hout, in de oude Russische stijl met ingewikkelde versieringen.
In 1990 werd de dierentuin van Moskou gerenoveerd en aan de eisen van deze tijd aangepast. De opmerkelijkste toevoegingen omvatten een voetgangersbrug die de oude (1864) eigendommen van de dierentuin verbonden met de nieuwe (1926) eigendommen (daarvoor was de dierentuin verdeeld in twee 'afzonderlijke dierentuinen' aangezien de Bolsjaja Groezinskajastraat de twee eigendommen verdeelde) en een nieuwe hoofdingang in de vorm van een groot rotskasteel. Watervallen en de stromen werden toegevoegd om de dierentuin een natuurlijker indruk te geven.
Bovendien werd de dierentuin weer uitgebreid. Er werden nieuwe verblijven geopend, waaronder een zee-aquarium, volière, tentoonstellingsruimte voor nachtdieren, een zeeleeuwenverblijf en een speciale dierentuin voor kinderen.
De dierentuin heeft meer dan 6000 dieren van meer dan 1000 soorten en bestrijkt een gebied van ongeveer 21,5 ha.
De dierentuin bestudeert dierengedrag, het voeden en voortplanting van dieren en fokt zeldzame bedreigde soorten.
