1951年，衡阳市人民政府在岳屏公园内附设动物角，面积805平方米，展出有狮、虎、熊等猛兽。机构编制为一个排，有职工18人，设施简陋陈旧，动物展出品种不多。随着衡阳的不断发展，人民物质文化生活水平的不断提高，对野生动物的科普知识的要求越来越高，引起了衡阳市人民政府部门的重视。
1978年，国家投资60余万元，衡阳市增加建设投资，用3年时间，将岳屏公园附设的动物角从山顶迁移至山下西侧平地，扩建为一座设施配套、功能比较齐全的中南地区规模最大的大型动物园，园内建有猴山、鸟舍、猛兽馆、草食动物馆、皮毛动物馆、水族馆、天鹅湖、观鱼池、荷花池等建筑。
1980年2月16日，重建的衡阳市动物园正式对外开放。展出各种野生动物47种，其中有狮、虎、鳄鱼、小熊猫、黑叶猴等珍稀动物。随着衡阳旅游业的发展，于1985年单独成立衡阳市动物园，与岳屏公园分设。
2003年6月，衡阳动物园与海口金牛动物园签署共同开发经营衡阳动物园的合作协议。先后投入资金几百万元，建成了海洋生物馆、河马馆和爬行动物馆，引进河马、鳄鱼等水栖动物，同时还引进了东北虎、黑天鹅、小熊猫、大雁、蟒蛇等动物，使动物数量达到200余种，并开发海狮等动物表演等经营项目。
2003年底，东北虎落户衡阳市动物园。
2004年7月22日，湖南省第一只美洲虎在动物园安家，由于美洲虎属猫科动物，身材大于猫而小于虎。
2010年6月，租展大熊猫来园。国宝熊猫“龙腾”安家衡阳，衡阳市动物园的国宝大熊猫“龙腾”来自四川卧龙中国大熊猫研究中心雅安碧峰峡基地。
2011年5月22日，长1.2米，重4公斤的孟加拉巨蜥落户衡阳市动物园，孟加拉巨蜥全身都布满了较小而突起的圆粒状鳞片，背面鳞片呈黑色，部分鳞片杂有淡黄色斑；脑袋呈三角形，鼻孔位于眼睛至吻部中央，呈裂目状；四肢粗壮，趾上有锐利的爪；尾部扁如带状，约60厘米。
2014年6月13日，澳洲赤大袋鼠在衡阳市动物园笼舍里开始“秀”站姿，迎接络绎不绝的游客。
小袋鼠为一雌一雄两只，系一对“夫妻”。小袋鼠十分活泼，有时在笼舍里踱着步子，有时不停的追闹着。赤大袋鼠是由澳洲引进的品种，有不少习性像兔子，性格活泼温顺。赤大袋鼠是袋鼠科中体型最大的一种,是澳大利亚的特产动物之一。行进时，后脚起跳，尾巴保持平衡。善于跳跃,能跳7—8米远,1.5—1.8米高。寿命20—22年，已被列入濒危野生动植物国际公约附录。
地址：位于衡阳市雁峰区先锋路107号
交通：乘2、14、22、24、33路公交车可到达
门票：20元，国家法定节假日时为22元。
