Jesienią 1916 urządzono w gimnazjum gabinet biologiczny. Ogród zoologiczny powstał w V 1919, jako trzeci w Polsce (po Poznaniu i Wrocławiu), a prawdopodobnie pierwsze, a być może jedyne szkolne ZOO w Europie. Jego dzieje związane są z osobą Stefana Milera, który wraz z młodzieżą na przyszkolnym, zrazu mikroskopijnym nieużytku (240 m2) zorganizował ogród przyrodniczy. W I 1924 powiększony został do prawie 0,6 ha. Zaczęło się od szczygłów, zaskrońców, wróbli i kawek, następnie przybyły wiewiórki, sarny, żółwie, węże. W ciągu 7 lat liczba gatunków doszła do 60, głównie zwierząt swojskich, jak wilki (podarował rolnik z Podola, "Rez" i "Reda"), dzik, lisy, daniele, borsuki, susły, kuny, wydra, tchórze, borsuki, zające, jastrząb, orzeł krzykliwy, czaple, sowy, sroki, dzwońce, przepiórki, pustułki, derkacze, kosy, szczygły, czyżyki, jaszczurki, węże, sumy, a także pawie, papugi (pierwszą kupiono od kataryniarza) i przywieziony z Egiptu przez lotników kameleon.
Nakładem pracy młodzieży szkolnej i skromnej pomocy finansowej państwa, od ukradzionej budki strażniczej i balii, ogród doszedł do 20 pomieszczeń, m.in. gołębnika, od 1923 ptaszarni (7x4, wys. 5 m), cieplarni, terrarium. Od 1920 istniał też wzorowy ogród z blisko pół tysiącem gatunków usystematyzowanych w grupy roślin (lecznicze, ozdobne, przemysłowe, zboża, warzywa) i malowniczym alpinarium, ogrodzony brzozowym płotkiem. Było m.in. kilkanaście gatunków róż, drzewka owocowe, były ule, zegar słoneczny, deszczomierz.
W 1929 zatrudniony został dozorca (na etacie szkolnego woźnego). Prawą ręką prof. Milera był Władysław Kasprowicz. W ZOO pojawiła się "gruba zwierzyna": zakupiony ze składek (1300 zł) w Hamburgu niedźwiedź (1928), słynna niedźwiedzica "Basia", pierwszy lew - z Warszawy "War" (1931), zamieniony potem na parę lwiątek, a tuż przed wojną para lwów z warszawskiego zoo. Były także rzadsze zwierzęta, jak australijski dingo i północnoafrykański fret (1934), szop kanadyjski (1936), ryś. Kilka niedźwiedzi sprzedano Radziwiłłom (wypuszczone na wolność w dobrach nowogródzkich). Największą popularnością cieszyły się rezusy: "Wojtuś" i "Kasia". Był kos gwiżdżący Jeszcze Polska. Była też pamiątkowa tablica na siatce sarniarni, pod parą rogów  - Pamięci kozła, wykarmionego mlekiem w roku 1921, poległego od swego pobratymcy w boju o zew krwi w dniu 17 VII 1925 r. (młodszy "szpicak" przebił rogami starszego trzylatka).
Przed wojną wstęp kosztował 10 gr i 20 gr. Ogród obok funkcji dydaktycznej, pełnił rolę atrakcyjnego miejsca do zwiedzania (latem czynny do 9 wieczorem) i wypoczynku. Był od 1925 staw 12x8 m, z fontanną, maleńka plaża dla żółwi, można było grać w krykieta, był kiosk, ławki w cieniu. W 1927 urządzono alpinarium (kwitły m.in. szarotki). Wśród flory i fauny lubił przebywać Bolesław Leśmian, przy fontannie koncertować mieli "Namysłowiacy". Ogród odwiedził prezydent Mościcki. Przyjeżdżali tu nauczyciele biologii z całej Polski (1925). ZOO opisała wierszem "Jagienka spod Lublina".
Wojnę przetrwało ZOO w dużej mierze dzięki bezinteresownej opiece nad zwierzętami Heleny Niewieskiej, dokarmiającej zwierzęta również w najgorszym okresie tuż po wojnie (gdy zmarła, przechodzący kondukt zwierzęta miały żegnać wyciem i piskami). W 1942 ZOO przejął Zarząd Miejski. W 1944 wskutek głodu i chorób padło aż 5 lwów, zniszczona została część botaniczna, w lipcu był bombardowany. Przetrwało 6 niedźwiedzi, 4 wilki, 2 orły, 3 sarny, 2 wiewiórki, 2 lisy, dzik, mewa. Zwierzętami zajmowało się wówczas 2 prac. fizycznych.
W V 1945 Miler znowu przejął ogród pod własne kierownictwo. W 1947 było aż 9 niedźwiedzi. W 1 I 1954 ogród przejęło miasto jako Miejski Ogród Zoologiczny, zapewniając środki i personel. Jeszcze do 1958 kierował nim Stefan Miler, a z 25 I 1958 przekazany został w trwały zarząd MPGK. Zatrudniał wtedy 3 pielęgniarzy dziennych 1 nocnego i kucharkę. Ogród nadal cieszył się popularnością, zwłaszcza wśród dzieci, rocznie mając ponad 100 tys. zwiedzających, najwięcej w czerwcu (30 tys. - 1967). Od 30 V 1962 nosi imię S. Milera (wniosek Pol. Zw. Zoologicznego do PMRN). Stawał się jednak coraz ciaśniejszy (niespełna 0,5 ha). Projekt przeniesienia w miejsce mniej uciążliwe dla zwierząt i otoczenia doczekał się realizacji dopiero po wielu latach. Teren pod zoo miasto przekazało miasto w 1968, w 1971 teren ogrodzono. Nowy ogród powstał w 1975-80 na terenach tzw. "Popówki", z wejściem od ul. Szczebrzeskiej (8,5 ha ekspozycji i 8 ha łąki pod siano), zamieszkało 110 gat. zwierząt.
ZOO przeniesiono z 22 VII 1982, a otwarto 1 VI 1982. Urządzono dział akwarystyczny, później terrarium. 1 XI 1994 zostało zakładem budżetowym (wydzielony z PGMRTZ), w 90% dotowanym. W 1993 zatrudniał 35, w 1997 - 30 osób. W 1965 gościli w Zamościu uczestnicy zjazdu Pol. Tow. Zoologicznego. Od IV 1999 ZOO należy do Europ. Unii Ogrodów Zoologicznych. W 2003 powstała ekspozycja botaniczna o pow. 0,5 ha (osobne hasło: Flora).
Nowy rozdział w historii ogrodu rozpoczął się z zakończeniem przeprowadzonej w 2009-2011 (39 mln zł) modernizacji (np. wybieg dla niedźwiedzi powiększono z 200 do 1200 m2, wielkie loty zamiast 50 - 1000 m2, imitacje sawanny, tajgi). Otwarty 23 IV 2011. W 2011 przyniósł dochód 460 tys. zł, w 2012 - 2 mln zł. W 2014 obszar zoo powiększył się o ponad 3 ha, wybudowano też motylarnię, żyrafiarnię. W 2016 powstało specjalnie dla dzieci minizoo. 16 VII 2021 w ramach kolejnego etapu rozbudowy na 2 ha powstała strefa azjatycka, amerykańska i afrykańska, z nowymi zwierzętami, w ptaszarni strefa wolnego lotu (ptaki nad głowami zwiedzających). Zamojskie zoo zorganizowało w 2016 i 2017 ...wystawę zwierząt w Lublinie (m.in. pancernik, surykatka, tamaryna, agama, paguma).
Frekwencja (rocznie, w tys.): 1957 - 65, 1959 - 85, 1961 - 105, V-VI 1967 - 20 i 30, 1979 - 107, l. 80 i 90. - 80-90 (w sezonie 400 dziennie - 1996),  po 2000 - ok. 80, 2009 - 105, 2012 - ok. 200, 2014 - ok. 180, 2017 - 213, 2018 - 230,0, 2019 - 234,2 (Zoo przy budżecie 4,5 mln, zarobił 4 mln).
W długi weekend 28 IV - 6 V 2012 było 25 tys. zwiedzających (weekend 7-8 VIII 1999 - 3,6 tys.). W 2015 tylko w miesiącach VI-IX 118.381 osób. W wakacje (VII-VIII) 1999 - 31 tys., 2013 - 84,5 tys., 2016 - 102,5 tys. (rekord), 2020 - 101,8. W VII 2016 prawie 46 tys. (rok wcześniej 37,5 tys.). W IV-IX 2017 - 197,8 a porównywalnie w 2018 - 210,2 tys. Zimą Zoo zwiedza ok. 4 tys. (2020). Wskutek pandemii zoo otwarto dopiero 20 V 2020, a w VII-IX odwiedziło je 115 tys. osób.
W 1992 było 23 pracowników, 1994 - 26, 2013 - 41, w tym 16 pielęgniarzy, 2018 - ok. 50. W 2015 dziennie zwierzęta zjadają ok. 400 kg pokarmu (10% wydatków).
Po odejściu S. Milera, Ogrodem kierowali: 1957-63 Tomasz Grabowski, 1964-68 Andrzej Jarkowski, 1968-72 Jerzy Tomaszewski, 1972-99 Czesława Leszczyńska, 1999-2006 Jadwiga Stoczkowska, od 2006 Grzegorz Garbuz. Do bardziej zasłużonych pracowników należał m.in. w 1919-1954 Mikołaj Zbyryt (1886-1956), do 2006 przez 53 lata pielęgniarzem dużych drapieżników był Bolesław Małyszka (1930-2006). 

 * Najstarsze z ponad 900 ogrodów zoologicznych: Paryż (1754), Londyn (1828), Amsterdam (1838) a w Polsce Wrocław (1865) i Poznań (1877). ZOO warszawskie otwarto w 1928, krakowskie w 1929.
 * Niektóre publikacje: Józef Władysław Kobylański O zwierzyńcu w Zamościu, (Lwów 1928, s. 15); XV-lecie "ZOO" w Zamościu (1934, nakł. "Nasza Myśl", część ze "złotą" okładką); albumiki: Szkolny Ogród Przyrodniczy w Zamościu - sepiowane (11 poczt.) 1933 (druk. w Krakowie) i czarno-biały (9 poczt.) b.d.
* Do legendy przeszedł kierownik ZOO Grabowski, który wszedł na posiedzenie MRN, gdy omawiane sprawy dotacji dla ZOO z młodą lwicą na smyczy, instruując ją - Lusiu, powiedz panom, jak biedne są zwierzęta, jak im ciasno. Wg innej wersji pomrukujące złowrogo zwierze struchlałym radnym przedstawił tak:  Kicia pokłoń się radnym i poproś grzecznie o pieniążki na jedzenie dla siebie i swoich małych.  Przerażeni - niby spuszczanym - lwem radni wkrótce mieli się srogo zemścić, pod nieobecność dając kierownikowi dymisję.
 * Znany pisarz i publicysta w 1975 o starym ZOO - Jaguar na jakimś stole stolarskim wywleczony z dżungli brazylijskiej. Daniel chory i pokrwawiony, jakby miał zdechnąć. W Zamościu cierpią nie zwierzęta, ale patrzący ludzie. Zoo jest jednym z najlepszych przykładów wykorzystania powierzchni mieszkaniowej.
 * W 1975 przekazano do ZOO wielbłąda i inne zwierzęta ze szkolnego ogrodu zoologicznego w Ostrowiu.
 * Wydatki za XI-XII 1994 (w tys. zł) - płace 483, żywność dla zwierząt 100, c.o. 149, energia elektr. 45, woda, kanalizacja 7, transport 65, remonty 60, różne materiał 70.
 * Od 1963 na potrzeby zaplecza dla ZOO służyło gospodarstwo Hyża (17 ha). W tymże roku za słabe zabezpieczenia klatki z niedźwiedziem (wypadek) kierownik ZOO skazany został na 1,5 roku w zawieszeniu na 5 lat.
 * Po wojnie wobec panującej biedy Stefan Miler posyłał chłopców na podzamojskie lotnisko, gdzie rozpleniły się susły, które od czasu do czasu musiały służyć drapieżnikom za pożywienie (U. Kozioł). 
 * Pomysły przeniesienia ZOO z Starego Miasta: m.in. w 1947 za fosę między "kawalerami", w 1950 na Planty - wschodnia część, w 1956 na Planty - za Bramą Lubelską, w 1957 na łąki za elektrownię, w 1960 za Rotundę. Jego projekt zamierzano też oprzeć na przykładzie ZOO w Debreczynie (1955). W 1960 "Kurier Lubelski" pisał już o projekcie na obecnym miejscu (8 ha), m.in. z domkiem jednorodzinnym dla pary słoni. Prace rozpoczną się wiosną, a zakończone w 1964.
 * W 1977 ZOO przygotowując się do zimy zakupiło 4,5 t ziemniaków, sporo buraków, marchwi, a także 20 t siana. "Kurier Lubelski" z 1973)
 * W drugim etapie zagospodarowania przewiduje się pomieszczenia dla nowych zwierząt: słonia, żyrafy, hipopotama i białych niedźwiedzi. ("Kurier Lubelski" z 1973).
 * Przeprowadzka odbywa się sukcesywnie w miarę uzysku. Nowe nie wszystkim wychodzi na zdrowie. Michał król zwierząt siedzi smutny w klatce. Lwicy jako schorowanej i niereprezentacyjnej nie zakwalifikowano do przeprowadzki. Pelikany w nocy marzną. Małpy również. Ja tak dalej pójdzie niedługo część zwierzyny będzie się mogła dać wypchać. Ogrzewanie jeszcze nie gotowe, cały teren mokry i tylko młody dzik z przyjemnością ryje w błocie. Nowe to jednak w porównaniu ze starym  luksus. Jak mawia dozorca "w starym zwierzaki chodów nie mieli". A tu mają. Niektóre co prawda wymiennie i do spółki. czarny niedźwiedź nie przepada za dwoma burymi, więc wypuszczane są na zmianę. Niedźwiedzie wytypowane zostały do kontaktów z PT Publicznością. Wybieg umieszczono bezpośrednio przy ulicy. ("Sztandar Ludu" z 24 X 1980)
 * Przygotowaniem posiłków od kilkunastu lat zajmuje się Eugenia Bojko. Dla niedźwiedzi pitrasi zupę na mięsie, przyrządza kaszę z warzywami, tarte sałatki warzywne dla ptaków, gotuje jaja na twardo i makaron dla małp. Codziennie ponad dwadzieścia rodzajów potraw. W zależności od sezonu parzy się jeszcze herbatki ziołowe, kawę zbożową (!), gotuje siemię lniane i kukurydzę. Wszystko odbywa się w kuchni, do złudzenia podobnej do domowej  ("Dziennik Wschodni", 1992)
 * 21 VII 2013 sprzedano stutysięczny bilet, rekordowy był sierpień - 45 tys. (1100 więcej niż rok wcześniej), w X 2914 - 10 tys.
 * ZOO czynne przez 363 dni w roku, oprócz 1 stycznia i 25 grudnia (2019).
 * Oprócz zoo warszawskiego, po tej stronie Wisły istnieje jeszcze małe zoo w Białymstoku.
 * W 2023 Ryszard Topola z ZOO - jedyny Polak  (5 osób) wybrany do europejskiej komisji koordynującej hodowlę żyraf w ogrodach (w Polsce 34).