Palmiarnia powstała w 1911 roku w ówczesnym Ogrodzie Botanicznym. Był to budynek murowany, o dużych powierzchniach przeszklonych i powierzchni 534 m². Do niego przylegały dwie szklarnie z kolekcjami kolekcję kaktusów, storczyków, roślin podzwrotnikowych pnących i tropikalnych.
Po modernizacji budynku (1922-1924) kolekcja wzbogaciła się o nowe działy. Umieszczono je w szklarniach, gdzie urządzono basen dla subtropikalnych roślin wodnych z wiktorią królewską, basen z dwoma aligatorami, terrarium z afrykańskim kameleonem, dziesięć akwariów z rybkami egzotycznymi i insektaria z kolekcją egzotycznych motyli.
Wystawa PWK spowodowała budowę nowej Palmiarni. Budowę budynku powierzchni 1694 m² projektu Stefana Cybichowskiego, ukończono w 1929r.
Stalowa szklana konstrukcja składała się z pawilonu centralnego połączonego dwiema szklarniami, ze skrzydłami bocznymi, do nich przylegały niższe, trójboczne pawilony.
Łącznie w siedmiu pawilonach oprócz roślin prezentowano również ryby, owady i gady.
Podczas II wojny światowej palmiarnia uległa zniszczeniu (naloty alianckie i w czasie wyzwalania miasta). W roku 1946 palmiarnia została odbudowana i uruchomiona. W następnych latach obiekty rozbudowano.
W latach osiemdziesiątych palmiarnię rozebrano i wybudowano nową. Prace ukończono w 1992r.
Obecnie na powierzchni 4600 m² w 12 pawilonach (część jest niedostępna dla publiczności - rozmnaża się w nich rośliny) prezentowanych jest około 1100 gatunków roślin, a w akwarium 170 gatunków ryb oraz około 50 gatunków roślin wodnych. Palmiarnia stanowi największe w kraju i jedno z największych w Europie sztucznych zbiorowisk roślinności tropikalnej.