Als der Philadelphia Zoological Garden am 1.Juli 1874 seine viktorianischen Tore für über 3.000 Besucher öffnete, war er die einzige Institution seiner Art in der Neuen Welt. Der Zoo begann mit abwechslungsreichen Exponaten mit 200 Säugetieren, darunter Büffel, Hirsche, Wölfe, Füchse, Bären und Affen, sowie 67 Vogelarten und 15 Reptilien. Reptilien und kleine Säugetiere wurden in The Solitude untergebracht, einem Herrenhaus, das 1785 von John Penn erbaut wurde., Am Eingang befand sich ein Kutschenhaus für Pferde, die Besucher in den Zoo transportiert hatten. Die Landschaftsgestaltung und Architektur ahmten eine viktorianische Gartenatmosphäre nach, die immer noch auf dem heutigen Zoogelände vertreten ist.

Die 1876 Centennial Exposition fand im Fairmount Park statt, nur wenige Blocks vom 13 ha großen Zoo entfernt. US-Präsident Ulysses S. Grant hatte auf der Ausstellung amtiert und besuchte den Zoo am 23., Die Besucherzahl des Zoos stieg 1876 auf fast 680.000 Besucher, was einer Steigerung von 36 Prozent gegenüber dem Vorjahr entspricht, und stellte einen Rekord auf, der bis 1951 mit fast 858.000 Besuchern unübertroffen bleiben würde.

Das Penrose Research Laboratory wurde 1901 gegründet. Das Penrose Research Lab, das erste seiner Art in einem Zoo, trug zu einer verringerten Krankheitsrate, erhöhter Vitalität und Langlebigkeit bei Zootieren bei. Im Jahr 1901 begann das Labor mit der Durchführung von Nekropsien an jedem Zootier, das krank wurde und starb. Die Geschichte des Labors der Präventivmedizin spiegelte die Weitsicht von Dr. Charles B. Penrose und Dr., Cortland Y. White, Professoren an der Medizinischen Fakultät der University of Pennsylvania.

Der Zoo empfing Eisenbahnbesucher an der Zoological Garden Station in der 34th Street und Girard Avenue von seiner Eröffnung im Jahr 1874 bis zur Schließung des Bahnhofs im Jahr 1902. Seit 2013 arbeiten Zoo-Beamte daran, den Bahnhof wiederherzustellen und wiedereröffnet zu bekommen, um möglicherweise die Besucherzahl zu erhöhen und Parkprobleme an ihren geschäftigsten Tagen zu lindern.,

Philadelphia Zoo hat ein hervorragendes Zucht im Laufe der Jahre und ist gutgeschrieben mit vielen „Premieren“, darunter: die erste erfolgreiche Geburt eines Orang-Utans und ein Schimpanse in einem US-zoo im Jahre 1928, die ersten Geparden in einem zoo geborene im Jahr 1956, die erste erfolgreiche Geburt eines echidna in North America 1983, und die ersten erfolgreichen birth of a giant river otter in North America in 2004. Der erste aufgezeichnete Guam-Eisvogel wurde 1985 im Zoo gezüchtet.,

Philadelphia Zoo auch Pionier der ersten Gefangenschaft Management von Flamingos unter der Leitung von Kurator Emeritus John A. Griswold. Durch innovative Fütterungstechniken erlangte der Zoo als erster die rosa und rote Pigmentierung dieser Vögel. Der Zoo war der erste, der erfolgreich chilenische und größere Flamingos in Gefangenschaft züchtete.,

Die braune Baumschlange wurde in den 1940er Jahren auf die Insel Guam eingeführt, und infolgedessen wurden auf der Insel endemische Vogelarten durch die invasive Schlange in freier Wildbahn vom Aussterben bedroht. 1983 wurde das Guam Bird Rescue Project vom Philadelphia Zoo angeführt, um den Guam Kingfisher und die Guam Rail zu retten, zwei einheimische Arten, die noch in ausreichender Zahl vorhanden sind, um von der Intervention zu profitieren., Der Rettungsplan sah die Eroberung aller Eisvögel und Schienen auf Guam sowie die Entwicklung eines Programms zur Verwaltung in Gefangenschaft vor. Die in Gefangenschaft gehaltene Zucht wurde in US-Zoos durchgeführt, um die beiden Arten vor dem Aussterben zu bewahren, bis die Wiedereinführung möglich wurde.Dezember 1995 tötete ein Feuer in der Welt der Primaten 23 Tiere, darunter eine Familiengruppe von sechs westlichen Tieflandgorillas, eine Familiengruppe von drei Orang-Utans, vier weißhändigen Gibbons und 10 Lemuren (zwei gekräuselte Lemuren, sechs Ringschwanz-Lemuren und zwei Mungo-Lemuren)., Alle waren Mitglieder gefährdeter Arten. Die Tiere starben im Schlaf durch Einatmen von Rauch (Kohlenmonoxidvergiftung); keine wurde verbrannt. 10 Primaten, die in einem Nebengebäude, dem Discovery House, untergebracht waren, überlebten. Zum Zeitpunkt des Brandes gab es nur in 20 Prozent der Zoo-Gebäude Detektionsgeräte; das Primatengebäude, das 1985 gebaut worden war, war nicht einer von ihnen. In den 10 Monaten nach dem Brand installierte der Zoo Brandmeldeanlagen in allen Tiergebäuden.,

Am 1.Juli 1999 eröffnete der Zoo eine neue Primatenausstellung mit 10.000 m2 Innen-und Außenbereich mit 10 Arten von Primaten, darunter sumatranische Orang-Utans, westliche Tieflandgorillas, Lemuren, Languren und Gibbons. 2006 eröffnete der Zoo eine neue Großkatzenausstellung mit Löwen, sibirischen Tigern, Amur-Leoparden, Schneeleoparden, Pumas und Jaguaren in Ausstellungsräumen, die an ihre natürlichen Lebensräume erinnern., Mai 2009 eröffnete der Zoo eine neue Voliere mit zwei in freier Wildbahn ausgestorbenen Vögeln: der Guam Rail und dem Guam Kingfisher. Im Juli 2009 wurden die letzten beiden Elefanten, beide afrikanischer Busch, in ein Heiligtum verlegt.

Im Jahr 2010 wurde eine Sonderausstellung namens Creatures of Habitat mit 10 Tierstationen im gesamten Zoo mit gefährdeten Tieren vorgestellt, die durch mehr als 30 lebensgroße Lego-Ziegelsteinstatuen dargestellt werden. Die Statuen wurden vom Lego-zertifizierten professionellen Künstler Sean Kenney geschaffen.,

Der Philadelphia Zoo eröffnete 2011 den Treetop Trail, die erste Komponente seines Zoo360 Animal Exploration Trail-Systems. Zoo360 ist ein Netzwerk von durchsichtigen Mesh-Trails, bestehend aus erhöhten und ebenerdigen Strukturen, auf denen Tiere den Zoo abseits ihrer Gehege erkunden können. Weitere Ergänzungen des Systems sind der Great Ape Trail, Big Cat Crossing, Gorilla Treeway und Meerkat Maze.April 2013 eröffnete der Zoo KidZooU auf dem Gelände des alten Pachyderm-Hauses., Es ist auch als Hamilton Family Children ‚ s Zoo und Faris Family Education Center bekannt und eines der größten Projekte des Zoos und ersetzt den alten Kinderzoo, der vor über 50 Jahren eröffnet wurde. KidZooU zeichnet sich durch viele ökologisch bewusste Merkmale wie Regengärten und Zisternen, geothermische Brunnen und Gründächer aus und ist damit die erste LEED-zertifizierte Ausstellung im Zoo.Dezember 2016 wurde Zenda, der älteste afrikanische Löwe in der US-Zoobevölkerung, nach einem plötzlichen Appetitverlust und einem Versagen der Gesundheit eingeschläfert. Das Zenda war der 25., Februar 2018 wurde Coldilocks, ein 37-jähriger Eisbär, nach rückläufiger Gesundheit einschließlich möglicher Leber-und Wirbelsäulenprobleme eingeschläfert. Das Durchschnittsalter für einen Eisbären in freier Wildbahn beträgt 23 Jahre.

2019 eröffnete der Zoo WildWorks, einen 10 m hohen Hochseilgarten mit Brücken, Seilen und Hindernissen. Die Teilnehmer tragen Klettergurte. Es stehen zwei Kurse zur Verfügung, die jeweils für eine andere Altersgruppe und ein anderes Qualifikationsniveau ausgelegt sind. Ein kleineres System für Kinder unter 120 cm ist ebenfalls erhältlich.