衡阳市动物园始建于1956年，1980年改扩建至今。衡阳市动物园作为湘南地区唯一国营性综合动物园，承载了不少衡阳市民的回忆。但由于园内基础设施老化，动物品种单一，展出方式落后，近年已逐渐淡出衡阳市民的视野。
衡阳市动物园自2019年实行门票价格减免以来，市财政每年补贴门票收入180万元不能满足动物园的日常支出，加上受疫情持续性影响，游客数量减少，门票收入骤降，同时用于动物饲料、动物医疗、动物救助、动物丰容等运营成本增加，导致维持动物园正常运转的资金缺口越来越大，运转越来越困难。
近几年，
衡阳市动物园提质改造工作一直在持续进行。为消除安全隐患、方便游客观赏，动物园对
食肉目区笼舍进行微改造，增加双层钢化玻璃，模拟自然生存环境，对骆驼馆进行修缮，改善动物生活环境。在动物园工作人员的努力下，园内环境改善，先后健康繁殖9只非洲狮，成绩喜人，但笼舍不足的问题日益突出，资金等方面需要相关部门更多支持。
衡阳动物园坐落于中南重镇衡阳市
雁峰区先锋路和天马山南路的交叉处，与
衡阳市体育馆遥遥相对，是衡阳市159路公共汽车起点站。原为岳屏公园附设的动物园，后来随着
衡阳市旅游业的快速发展，
衡阳市动物园是衡阳市和湘南地区唯一观赏野生动物和学习了解野生动物知识的场所，占地5.3公顷，动物园笼舍面积6000平方米，共饲养国家一、二级保护动物品种58种、400多头（羽），
国家一级保护动物有东北虎、
孟加拉虎、
云豹、
梅花鹿、
扬子鳄、巨蜥、
蟒蛇、
绿孔雀、
美洲豹、
孟加拉巨蜥、澳洲
袋鼠科等，二级保护动物有
小熊猫属、
豪猪、
花母鸡、锦鸡属等。
大熊猫馆位于衡阳动物园天鹅湖畔，占地200平方米，其中运动场地达140平方米，场内安置有各式运动健身器材，铺垫草皮，内室“寝宫”达60余平方米，全透明的玻璃墙，内置空调，控制室温在10℃—28℃之间，透过玻璃，大熊猫的一举一动可尽收眼底。大熊猫“龙腾”每天要进食八次，喜欢吃用竹子、面粉、蜂蜜等磨粉做成的
窝窝头，以及胡萝卜和
苹果，“龙腾”月参观15万人次。
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
食肉目。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
衡阳市的不断发展，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、
小熊猫属、
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
爬行纲馆，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。
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。
袋鼠科为一雌一雄两只，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。
红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。
2023年5月3日，游客李先生反映，“
国际劳动节”假期期间，他花20元钱前往衡阳动物园游玩。发现笼子里关着的是鸡、狗、羊，看不到狮子和
梅花鹿。5月5日，衡阳市动物园在
抖音平台发布了说明。