Летний сад в Санкт-Петербурге был заложен по приказу Петра Великого в 1704 году в качестве летней царской резиденции. Прежде здесь располагалась мыза шведского майора Эриха Берндта фон Коноу.

Первоначальные работы по обустройству Летнего сада были поручены бомбардиру Ивану Матвеевичу Угрюмову (Ивану Матвееву, ум. в 1707 году). Под руководством Петра I и Угрюмова была осушена территория, для чего был прорыт мелиоративный канал, распланирован сад, посажены деревья и сооружены первые фонтаны. В 1704 году был устроен гаванец, куда заходили мелкие суда. В 1705 году его стены были обложены каменными плитами и, таким образом, он стал первой мощеной набережной Санкт-Петербурга.

После смерти Угрюмова в 1707 году работы были поручены А.В.Кикину (1670-1718). В 1709 году был построен деревянный Летний дворец. В Летнем саду устраивались балы, ассамблеи и фейерверки. Попасть в сад можно было только по личному приглашению царя.

В 1711-1719 годах была прорыта Лебяжья канавка (Лебяжий канал) длиной 648 м. Своим названием она обязана лебедям, поселившимся здесь. В 1710-1714 годах по проекту архитектора Доменико Трезини (ок.1670-1734) был построен Летний дворец, где с 1712 по 1725 года в теплое время года жил Петр I (в холодные месяцы Петр жил в Зимнем дворце).

В 1712 году был приглашен голландский садовник Ян Роозен, проработавший здесь до 1726 года. Его стараниями Летний сад приобрел черты голландских регулярных садов. В 1713-1725 годах по проекту архитектора А.Шлютера был возведен павильон «Грот». В это же время во Втором Летнем саду был вырыт Карпиев пруд.

В 1716 году в Санкт-Петербург прибыл французский архитектор Жан Батист Леблон (1679-1719), который привнес в Летний сад композиционные идеи регулярных французских садов. Под его руководством архитектор М.Земцов (1688-1743) вдоль Лебяжьей канавки разбил огромный цветочный партер с фонтаном. Вдоль центральной аллеи были устроены четыре боскета.

В 1718 году водоподъемные механизмы фонтанов Летнего сада, которые до этого работали на конной тяге, были заменены паровой водовзводной машиной, созданной по проекту французского инженера Т.Дезагюлье (1683-1743). Воду для фонтанов брали из Безымянного Ерика, который с этого времени стали называть Фонтанкой. Около 1719 года был прорыт Поперечный канал, деливший сад на две почти равные части — Первый и Второй Летний сад.

В 1725 году работы в Летнем саду были поручены Ф.Б.Растрелли (1700-1771). В 1732 году на набережной Невы он возвел нарядный Летний дворец для императрицы Анны Иоанновны. В 1734-1738 годах он создал каскад «Амфитеатр», а в центре партера – фонтан «Коронный».

При императрице Елизавете Петровне (1741-1762), «в небытность государыни» в столице, в Летний сад допускалась нарядно одетая публика. В 1750-х годах были изданы несколько указов, регламентировавшие нахождение публики в Летнем саду. В 1763-1767 году вдоль Летнего сада со стороны Невы была устроена свайная набережная.

21 сентября 1777 года в Санкт-Петербурге произошло сильное наводнение, в результате которого были разрушены фонтаны и павильон «Грот». Было решено фонтаны не восстанавливать, акведук, по которому подавалась вода, был разобран, засыпан Поперечный канал и Гаванец. В 1787-1790 годах были окончательно разобраны «Садовые затеи», созданные Леблоном.

В 1771-1784 годах по проекту Петра Егорова была возведена ограда Летнего сада, которая никого не оставляет равнодушным и является одной из главных достопримечательностей Санкт-Петербурга.

В 1798-1799 годах по проекту Г.П.Пильникова (1754-1818) на берегу Лебяжьей канавки была построена каменная терраса. В 1826 году Карл Росси (1775-1849) на месте павильона «Грот» возвел «Кофейный домик». В 1827 году по проекту Л.И.Шарлеманя (1784 или 1788 – 1845) были построены «Чайный домик» и чугунная ограда со стороны Мойки.

Шпалеры в Летнем саду существовали до середины XIX века. В 1851-1855 годах был установлен памятник баснописцу И.А.Крылову (скульптор П.К.Клодт), который первоначально планировалось поставить на Васильевском острове между зданиями Университета и Академии Наук.

В 1866 году в память о покушении на императора Александра II (правил в 1855-1881) 4 апреля 1866 года, в Невскую ограду Летнего сада была встроена часовня из гранита, выполненная по проекту архитектора Р.А.Кузьмина, разобранная в 1930-х годах.

Первый проект восстановления первоначального облика Летнего сада был разработан в 1941 году архитектором Т.Д.Дубяго; он был частично реализован после 1945 года. В 1971 году вновь была поднята идея частичного восстановления фонтанов и «садовых затей» Летнего сада. Наконец, в 2008 году институт «Ленпроектреставрация» представил проект реконструкции сада. В 2009-2011 годах были проведены широкомасштабные работы, и 27 мая 2012 года Летний сад вновь открылся для посетителей.