A principios de la década del 60 el prof. Noel Kempff Mercado, fundador de este Zoo, tenía ya una carrera hecha como naturalista y creador del Jardín Botánico Hortus Amazonicus Tropicalis Boliviensis, situado a orillas del río Piraí. Como resultado concibió la idea de construir un zoológico dedicado exclusivamente a la Fauna Sudamericana. También debe recordarse que, simultáneamente y como Director Municipal de Parquesy Jardines, fue él quien inició el proceso de arborización urbana que ha dado a la ciudad un aspecto inconfundible.

En 1974 el Prof. Noel Kempff Mercado hizo un viaje a Europa durante el cual tuvo oportunidad de observar viejos y nuevos Zoológicos. Poniendo en práctica su propia iniciativa, con recursos municipales escasos pero con amplio respaldo de la sociedad civil,pudo finalmente inaugurar el Zoo Fauna Sudamericana el 19 de agosto de 1979.

Entonces Santa Cruz de la Sierra tenía aproximadamente la cuarta parte de la población actual.

La colección inicial estaba compuesta por unas 20 especies y 150 especímenes.

La superficie total del terreno del Zoológico es de 66,000 metros cuadrados. Se está buscando un terreno más extenso para trasladar parte de los animales residentes y poder remodelar las instalaciones a fin de adecuarlas a los mas recientes conocimientos sobre bienestar animal y ofrecer al público exhibiciones más naturales y mejor concebidas desde el punto de vista estético.

En 1983, visitaron el Zoológico 287.000 personas. En el 2000, los visitantes llegaron a 500.000; los domingos se pueden contar unos 5000 visitantes, con una alta proporción de grupos familiares. Una buena cantidad de los visitantes son turistas del interior de Bolivia seguida por turistas extranjeros, en último lugar por residentes del lugar y de lunes a viernes por estudiantes, que pagan una entrada rebajada o son exhonerados del todo.

El inventario de Diciembre de 2001, muestra que los animales del Zoo pertenecen a 23 órdenes y 53 familias, compuestas asi: mamíferos, aves y reptiles.