Создан в 1931 году на основе коллекций ботанического сада и зоологического уголка Казанского университета.

Расположен вдоль восточного берега Ботанической протоки, соединяющей озера Нижий Кабан и Средний Кабан. Площадь 8 га.

Ботаническая коллекция насчитывает свыше 700 видов растений. Размещается в 5 отделениях фондовой оранжереи: в 2 отделениях – субтропические (в том числе одно высокое пальмовое, где, кроме крупных пальм, размещается экспозиция хвойных растений), в третьем отделении – тропические растения, с экспозициями папоротников, бромелиевых, ароидных и других; в четвертом – кактусы и другие суккуленты; в пятом (закрыт для общего посещения) выращиваются растения из семейства геснериевых, бегониевых, коммелиновых и другие. 60 видов занесены в Международную Красную книгу (IUCN), 20 видов – в Красную книгу России. Имеются бассейн для водных растений, 2 теплицы, в которых разводятся растения для реализации населению.

Зоологическая коллекция включает более 150 видов животных (680 экземпляров), из них 22 вида занесены в Международную Красную книгу, 12 видов – в Красную книгу СССР. Казанский зооботанический сад специализируется на белых медведях и хищных птицах. Здесь успешно размножаются редкие виды: зубры, белокоготный медведь, леопарды, тигры. В 1991 году получено потомство от орла-могильника (второй, после Познаньского зоопарка, случай размножения данного вида в неволе). Казанский зооботанический сад участвует в европейской программе по содержанию и разведению редких видов животных (очковый медведь, черный гриф).

Первоначально ботанический сад Казанского университета, основанный в 1806 году по инициативе профессора К.Ф. Фукса, размещался во дворе университета. В 1829 году университетом был приобретен участок земли в Архангельской слободе, где под руководством А.А. Бунге развернулся новый ботанический сад (его основы заложил П.Я. Корнух-Троцкий). Первая попытка создания в Казани зоологического сада была предпринята в 1890 году по инициативе Обшества естествоиспытателей при Казанском университете, вторая – в 1920 году по инициативе Губернского музея. В 1925 году, благодаря активности студенческого научного кружка «Любители природы», при Казанском университете был создан зоологический уголок, который и послужил основой Казанского зооботанического сада. Среди его создателей – члены кружка А.А. Першаков, И.С. Башкиров (первый директор сада), Н.Д. Григорьев (в последующем директор), В.П. Теплов (возглавивший позднее Печоро-Илычский и Окский заповедники); директор Центрального музея ТАССР Н.И. Воробьев и другие. В 1968 году была проведена реконструкция оранжереи, увеличены ее высота и площадь. Реализуется проект расширения зооботанического сада с содержанием животных в открытых вольерах. С 1996 года Казанский зооботанический сад является действительным членом Европейской ассоциации зоопарков и аквариумов (EAZA), с 1997 года – Евро-Азиатской региональной ассоциации зоопарков и аквариумов (EARAZA).