Der Tierpark liegt im Stadtbezirk 18 Untergiesing-Harlaching eingebettet in das Landschaftsschutzgebiet der östlichen Isar-Auen südlich des alten Gutes und heutigen Gasthauses „Siebenbrunn“, unterhalb des Nagelfluh-Steilufers, an dessen Hangkante oben das St.-Anna-Kircherl den alten Harlachinger Ortskern markiert. Über die Thalkirchner Brücke gelangt man zu Fuß in wenigen Minuten von der gleichnamigen U-Bahn-Station im westlich des Flusses gelegenen Stadtteil Thalkirchen zum Haupteingang des Tierparks.
Das Gelände des Zoos erstreckt sich von der Brücke isaraufwärts bis zur Marienklause über das gesamte Terrain der Flussaue vom Steilhang bis zum Isarufer, von dem es nur durch einen Damm mit befestigtem Weg getrennt ist. Es wird durchzogen vom am Südende des Zoos bei der Klause von der Isar und dem Isar-Werkkanal abzweigenden Auer Mühlbach. Der hohe Grundwasserspiegel im Tierparkgebiet ermöglicht eine große Zahl an Brunnen verteilt über das gesamte Areal, aus denen Hellabrunn über ein Kanalsystem den Wasserbedarf für seine Tiere und Anlagen vollständig autark decken kann.
Der Tierpark eröffnete 1911, also relativ spät im Vergleich zu den Gründungen anderer zoologischer Gärten in Deutschland (Berlin 1844, Frankfurt am Main, Köln, Hamburg und andere in den in den 50er und 60er Jahren des 19. Jahrhunderts). München hatte auch damals bereits einen zoologischen Garten, der aber nach wenigen Jahren Bankrott machte.
Der heutige Tierpark liegt im Süden der Stadt in den östlichen Isarauen. Auf einem Teil des 36 ha großen Geländes lag eine Mühle aus dem 14. Jahrhundert. Diese südlichste Untergiesinger Mühle wurde 1902 abgerissen und mit ihrem Abbruch gelang der Durchbruch für die dauerhafte Gründung eines Zoos für München. Nachdem andere in Frage kommende Standorte ausgeschieden waren, entschied man sich für das Gebiet, das zu dem Adelssitz und Lustschlösschen Hellabrunn gehörte. Am 25. Februar 1905 wurde der Verein Zoologischer Garten e.V. von namhaften Münchner Honoratioren gegründet, die Stadt München stellte ihm das Hellabrunner Areal für sechzig Jahre unentgeltlich zur Verfügung. Der künstlerische Generalplan für den Tierpark stammt von dem Architekten Emanuel von Seidl, der das Hanggelände mit seinen Nagelfluhfelsen und der vom Auer Mühlbach durchflossenen Auenlandschaft geschickt ausnutzte, um eine naturnahe Tierhaltung zu ermöglichen. Am 1. August 1911 konnte der Tierpark eröffnet werden. Noch war der Zoo kein geographischer Tiergarten, sondern es tummelten sich z. B. auf der „Heufresserwiese“ kunterbunt Huftiere aus verschiedenen Kontinenten. Einige Tierhäuser waren noch ziemlich provisorisch; das heutige Elefantenhaus stammt aber bereits aus jener Zeit. Wegen Geldmangels aufgrund der Inflation musste der Tierpark bereits 1922 wieder schließen. Zahlreiche Einrichtungen wurden demontiert, das Löwenhaus von 1911 wurde abgerissen; die Gebäude verfielen.
Im Jahre 1925 wurde innerhalb des „Hilfsbundes der Münchner Einwohnerschaft“ ein Tierparkausschuss gegründet und man nahm den Wiederaufbau in Angriff. Am 23. Mai 1928 wurde der Tierpark Hellabrunn unter Direktor Heinz Heck, der Ideen des Tierhändlers und Hamburger Zoogründers Carl Hagenbeck aufgriff, als erster Geo-Zoo (die Anordnung der Tierarten erfolgte nach ihrer geographischen Herkunft) der Welt zu neuer Blüte gebracht und erlangte Dank des fortschrittlichen Konzeptes und der erfolgreichen Rück- und Neuzüchtungen ausgestorbener Tierarten wie Tarpan und Heckrind (das dem ausgestorbenen Auerochsen ähnelt) weltweite Anerkennung und Bekanntheit. Das in den 30er Jahren erbaute Menschenaffenhaus mit Aquarium zählte damals zu den modernsten der Welt; es war so beliebt, dass der Tierpark bis 1969 ein Extra-Eintrittsgeld dafür verlangen konnte.
Im Zweiten Weltkrieg erlitt der Zoo schwere Bombenschäden, auch zahlreiche Tiere fielen den Luftangriffen zum Opfer. Doch bereits Mitte Mai 1945 konnte der Tierpark wieder eröffnet werden. Als provisorische Unterbringung für die Tiere benutzte man teilweise ehemalige Pferdelazarettbaracken aus dem Krieg. Einige dieser Provisorien blieben mehr als 20 Jahre bestehen, denn nach wie vor stand dem Tierpark wenig Geld zur Verfügung (er erhielt keine Bauzuschüsse der Stadt München) und neue Gebäude konnten kaum gebaut werden. Die Zebras und Antilopen waren bis 1972 in einem solchen Behelfsstall untergebracht, die Kamele sogar bis in die 1980er Jahre. 1960 spendete Helmut Horten dem Zoo mehr als eine Million DM, mit Hilfe dieses Geldes wurden Anlagen für Wildziegen und Wildschafe, ein Wolfsgehege sowie Ausstellungspavillons gebaut. Heck leitete den Zoo bis 1968.
Um 1970 war der Tierpark in einem schlechten Zustand und viele Renovierungen und Neubauten waren überfällig. Daher stellte man 1972 einen Generalausbauplan zur Erneuerung der Tierparkanlage auf. Endlich stellte auch die Stadt München größere Zuschüsse zur Verfügung. Ab 1972 nahm man die grundlegende Erneuerung fast aller Anlagen in Angriff. Schon von 1970 an ist die Menschenaffenstation renoviert worden und es wurden auch Außenanlagen für Gibbons gebaut. Die Gitter ersetzte man durch weniger störende Panzerglasscheiben. 1975 folgte die Eröffnung des neuen Polariums mit Anlagen für Moschusochsen, Pinguine, Eisbären und Robben. Ebenso wurde ein Kindertierpark und Streichelzoo gebaut.
1980 errichtete man eine große Voliere für Vögel, eine Fläche von 5.000 m² überspannt nun ein 18 m hohes dünnmaschiges Edelstahlgewebe. Mittlerweile ist diese Großvoliere ein Wahrzeichen von Hellabrunn geworden. Das Affenhaus wurde 1983 mit einer Anlage für Lemuren, Neuweltaffen und Siamangs erweitert. Die Außengehege der Wildziegen und Steinböcke wurden 1985/86 natürlicher gestaltet. In den 90er Jahren kam ein neuer Kamelstall hinzu, ebenso ein neues Nashornhaus.
Es folgte ein großes Glashaus für Schildkröten und Insekten, ein neues Dschungelzelt für Raubtiere und tropische Vögel und 2004 ein neues Dschungelhaus. Das Dschungelhaus wurde 2005 fertiggestellt und soll hervorragende Bedingungen für die Schimpansen, Gorillas, Mississippi-Alligatoren und einige Reptil- und Fischarten bieten. Die Gorillas können über eine für das Publikum unsichtbare Brücke aus dem Innengehege zum entgegengesetzt liegenden Freigehege wechseln. Die Orang Utans haben nun großzügige „Spielzimmer“. Im Anschluss daran konnte am 24. Juli 2007 das Tier-, Natur- und Artenschutzzentrum (TNA) mit seinem Kino eröffnet werden.
Das weitgehend unterirdische Aquarium wurde renoviert. Sein Eingangsbereich erinnert an eine römische Villa. Zeitweilig plante man, auf der nördlichen Seite der Tierparkstraße ein großes neues Aquarium zu bauen. Diese Pläne scheiterten jedoch, trotz stehender Finanzierung, an der dort ansässigen Kleingartensiedlung.
Von 2002 bis 2004 wurde das Elefantenhaus erheblich umgebaut und modernisiert. Das historische Gebäude erinnert an eine byzantinische Kirche. Die Flusspferde mussten dem Umbau weichen, der Bereich wurde dem Areal der Elefanten angegliedert, so dass jetzt auch der Elefantenbulle einen eigenen, großzügigen Bereich hat.
Hellabrunn wurde zum ersten »Geozoo« umgestaltet. Das bedeutet keine Anordnung der Gehege und Tierarten mehr nach systematischen, sondern nach geographischen Gesichtspunkten.
Der Tierpark verfügt über einen Gesamtbestand von rund 7700 Wirbeltieren von 340 Arten. Der Besucher kann die Tiere oft über Wassergräben oder hinter Glas ohne störende Gitter oder Zäune in großen Gehegen mit altem Baumbestand unter relativ natürlichen Lebensbedingungen beobachten. Auch die Schautafeln unterscheiden sich von den herkömmlichen Artenbeschreibungen, die Besucher können hier viele Hintergrundinformationen erfahren.
Die natürlichen Lebensräume der Isarauenlandschaft bieten ideale Voraussetzungen für die Erhaltungszucht, der sich der Zoo immer mehr verschrieben hat. Das moderne Zoo-Konzept verzichtet bewusst auf übertriebene Artenvielfalt und orientiert sich nach Möglichkeit am Wohlbefinden der Tiere. Für den Silbergibbon führt der Tierpark das Europäische Zuchtbuch. Hellabrunn verzeichnet pro Jahr (2003) den Besuch von rund 1,4 Mio. Tierliebhabern.
Von 1981 bis 2009 war Henning Wiesner Direktor des Zoos und seit 1992 ist er Vorstandsvorsitzender der Münchner Tierpark Hellabrunn AG. Beide Funktionen übernahm im November 2009 Andreas Knieriem, der zuvor die stellvertretende Zoologische Leitung des Zoo Hannover innehatte.
Im Auftrag des Bayerischen Rundfunks wurde im Jahre 2007 im Tierpark Hellabrunn die TV-Serie "Nashorn Zebra & Co." gedreht.
Am 21. Dezember 2009 wurde zum ersten Mal seit 66 Jahren ein Elefant im Tierpark Hellabrunn lebend geboren.
Hellabrunn ist ein bedeutender Faktor für das Stadtleben und den Tourismus in München.
Das Haus wurde 1914 im byzantinischen Stil eröffnet. Durchgängig lebten in diesem Haus Elefanten, sowohl Asiaten als auch Afrikaner. Aufgrund des Auszuges der Flusspferde 2002 bekamen die Elefanten ein Badebecken und einen separaten Bullenstall. Die Kühe können eine Freilauffläche nutzen, die durch Schaukelseile abgetrennt ist, durch Schaukelseile können auch Boxen eingerichtet werden. Die Außenanlage ist mit 3500 m² groß angelegt. Die Absperrung zum Besucher wird durch einen Trockengraben gebildet. Auf der Anlage befindet sich neben zwei Bauminseln, die jedoch durch Stromdrähte vor den Elefanten gesichert sind, ein Badebecken. Seit 2004 hat der Bulle sein eigenes Außengehege. Zurzeit lebt eine Zuchtgruppe asiatischer Elefanten im Zoo. Sie besteht aus dem Bullen Gajendra (geb. 1993) und den Kühen Tina (geb. 1960), Steffi (geb. 1967), Panang (geb. 1989), Mangala (geb. 1993), Temi (geb. 2001, Tierpark Berlin) und Jamuna Toni (geb. 21.12.2009 im Tierpark Hellabrunn, Mutter Panang, Vater Gajendra). Neben den Elefanten leben auch Netzgiraffen und Pinselohrschweine im Elefantenhaus.