ความเป็นมาของสวนสัตว์ขอนแก่น กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม ได้มอบนโยบายให้องค์การสวนสัตว์ในพระบรมราชูปถัมภ์ สำรวจพื้นที่บนภูเขาสวนกวาง ในพื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติเขาสวนกวาง อำเภอเขาสวนกวาง จังหวัดขอนแก่น ซึ่งคาบเกี่ยวกับกับพื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติ อำเภอโนนสะอาด จังหวัดอุดรธานี รวมพื้นที่ 3,338 ไร่ เพื่อก่อสร้าง “อุทยานสัตว์ป่าอีสานตอนบน ขอนแก่น-อุดรธานี” อยู่ห่างจากตัวเมืองจังหวัดขอนแก่น ประมาณ 50 กิโลเมตร และห่างตัวเมืองจังหวัดอุดรธานี ประมาณ 78 กิโลเมตร อุทยานสัตว์ป่าอีสานตอนบนฯ ได้ถือกำเนิดขึ้นในวันที่ 27 เมษายน 2552 จากการบันทึกข้อตกลงความร่วมมือทางวิชาการ 4 หน่วยงาน ประกอบไปด้วย กรมป่าไม้ กรมอุทยานแห่งชาติ สัตว์ป่าและพันธุ์พืช จังหวัดขอนแก่น และองค์การสวนสัตว์ในพระบรมราชูปถัมภ์ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นที่บูรณาการการทำงานระหว่างหน่วยงาน 4 หน่วยงาน ในเรื่องการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ สัตว์ป่าอย่างยั่งยืน ตามแนวความคิด คน กับ ป่า และเป็นแหล่งเพาะขยายพันธุ์สัตว์ป่าที่หายาก รวมถึงเป็นสถานที่พักผ่อนหย่อนใจแหล่งเที่ยวชมสัตว์ป่าของจังหวัดขอนแก่น จังหวัดอุดรธานี และจังหวัดใกล้เคียง เมื่อวันที่ 9 มกราคม 2553 ได้ทำการเปิดอย่างไม่เป็นทางการโดยใช้ชื่อว่า "อุทยานสัตว์ป่าอีสานตอนบนขอนแก่น–อุดรธานี" และใช้ชื่อนั้นเรื่อยมา จนกระทั่งเมื่อวันที่ 26 มิถุนายน 2556 กรรมการองค์การสวนสัตว์ ได้มีมติให้เปลี่ยนชื่อมาเป็น "สวนสัตว์ขอนแก่น" พร้อมทั้งให้สวนสัตว์ขอนแก่นเปิดบริการเก็บค่าบัตรผ่านประตู เมื่อวันที่ 28 มิถุนายน 2556 และทำบุญทอดผ้าป่าอาหารสัตว์รายได้ทั้งหมดสมทบกองทุนอาหารสัตว์ป่าองค์การสวนสัตว์ โดยมีนายวินัย สิทธิมณฑล รองผู้ว่าราชการจังหวัดขอนแก่นให้เกียรติไปร่วมงาน สวนสัตว์ขอนแก่นบริหารจัดการพื้นที่ภายใน แบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนการศึกษา จัดให้เป็นแหล่งเรียนรู้และศึกษาทางด้านการอนุรักษ์พันธุ์สัตว์ป่าหายาก เป็นศูนย์วิจัยเพาะเลี้ยง และเป็นการท่องเที่ยวแบบอัธยาศัย รวมทั้งกิจกรรมการเดินป่าศึกษาธรรมชาติ กิจกรรมโครงการนักเรียนเข้าเรียนรู้ในสวนสัตว์ โครงการแค้มป์ปิ้ง โครงการกิจกรรมค่ายลูกเสือและยุวกาชาด รวมถึงศูนย์ประชุมสัมมนา ส่วนจัดแสดงสัตว์ Zoo Zone จัดเป็นแบบลักษณะสวนสัตว์ปิด ไม่สามารถนำรถยนต์เข้าไปเที่ยวชมได้ ซึ่งทางสวนสัตว์ได้จัดเตรียมพาหนะไว้บริการ คือ รถออโต้แทรม รถจั