Pierwszy budynek powstał w 1911 roku. W 1929 r., w związku z Powszechną Wystawą Krajową, powstał nowy obiekt (druga Palmiarnia), wg projektu S. Cybichowskiego. W czasie wojny Palmiarnia uległa licznym uszkodzeniom, dlatego w latach 1982–92 całkowicie ją przebudowano. Palmiarnia posiada bogate zbiory roślin i jest jedną z największych tego typu placówek w Europie. Zgromadzono tu około 17 tysięcy roślin siedmiuset gatunków i odmian z krajów o klimacie śródziemnomorskim, subtropikalnym, tropikalnym, a także tych z sawanny i pustyni. Znajduje się tu również bogata kolekcja ryb egzotycznych.