เมื่อมีการก่อตั้งสวนสัตว์ดุสิตขึ้นในปี พ.ศ. 2481 ในเบื้องต้นนั้น อยู่ภายใต้ความรับผิดชอบของเทศบาลนครกรุงเทพฯ จนกระทั่งในปีพ.ศ. 2496 พลโท บัญญัติ เทพหัสดิน ณ อยุธยา รัฐมนตรีว่าการกระทรวงมหาดไทยในสมัยนั้น ได้พิจารณาเห็นว่า เทศบาลนครกรุงเทพฯ ได้รับงบประมาณน้อย ไม่เพียงพอที่จะปรับปรุงสวนสัตว์ดุสิตให้เจริญได้ประกอบกับมีภาระหน้าที่มากอยู่แล้ว จึงได้เสนอขอรัฐบาลจัดตั้งเป็นองค์การขึ้น เพื่อให้การบริหารงานทำได้อย่างคล่องตัว

วันที่ 15 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2497 จึงได้มีพระราชกฤษฎีกาจัดตั้ง องค์การสวนสัตว์ ขึ้นตรงต่อสำนักนายกรัฐมนตรี จากนั้นเทศบาลนครกรุงเทพได้ มอบงานด้านสวนสัตว์และทรัพย์สินทั้งหมดให้แก่องค์การสวนสัตว์เมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม 2497

วันที่ 15 พฤศจิกายน พ.ศ.2506 พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดช ทรงรับองค์การสวนสัตว์ไว้ในพระบรมราชูปถัมป์ ตั้งแต่นั้นมาจึงใช้ชื่อว่า องค์การสวนสัตว์ในพระบรมราชูปถัมป์ (อสส.)

ปัจจุบันองค์การสวนสัตว์ฯเป็นรัฐวิสาหกิจประเภทส่งเสริม และขึ้นตรงกับกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม มีที่ตั้งสำนักงานเลขที่ 327 ถนนสุโขทัย แขวงดุสิต เขตดุสิต กรุงเทพฯ 10300

มีโครงสร้างการบริหารงาน 9 สำนัก และ 2 สถาบัน คือ สำนักตรวจสอบ  สำนักกฏหมาย สำนักงานเลขาผู้อำนวยการ สำนักบริหารแผนยุทธศาสตร์ สำนักการเงินและทรัพย์สิน  สำนักพัฒนาธุรกิจ สำนักดิจิทัลและสารสนเทศ สำนักบริหารทุนมนุษย์ สำนักพัฒนากายภาพและจัดการสิ่งแวดล้อม  สถาบันอนุรักษ์และวิจัยสัตว์ และสถาบันจัดการสวนสัตว์

องค์การสวนสัตว์ มีหน้าที่รับผิดชอบในด้านการให้การศึกษา การอนุรักษ์และขยายพันธุ์ และการจัดสวนสัตว์ให้เป็นสถานที่พักผ่อนหย่อนใจของประชาชนทั่วไป นอกจากนี้ยังเป็นหน่วยงานซึ่งมีหน้าที่ประสานงานและดำเนินการด้านต่างๆให้ สวนสัตว์ ปัจจุบันมีสวนสัตว์อยู่ภายใต้ความรับผิดชอบ 8 แห่งคือ

 

จุดมุ่งหมายการดำเนินงานในงบประมาณ ปี 2556-2558 คือ การอนุรักษ์สัตว์ป่าเพื่อการศึกษา วิจัยและส่งคืนสู่ธรรมชาติ ส่งเสริมคุณภาพชีวิตที่ดีให้กับสัตว์ป่า จัดการเรียนรู้ด้านสัตว์ป่าเชิงบูรณาการ พัฒนามาตรฐานการจัดการ การบริหารและนันทนาการ เพื่อเป็นแหล่งท่องเที่ยวเชิงอนุรักษ์อย่างแท้จริง