美国国家动物园（National Zoological Park），是美国历史最久的动物园之一。该园设立于1889年，现由史密森尼学会运营，对公众免费开放，其宗旨在于“提供有关动物的有趣体验，并分享关于拯救野生动物及生物的知识”。

国家动物园共有两片园区。其一位于华盛顿特区西北部的岩溪公园，占地面积为163英亩，从国家广场乘坐地铁的交通时间是20分钟 。另一片园区即史密森尼生物保护研究所（英语：Smithsonian Conservation Biology Institute）（简称为SCBI），位于弗吉尼亚州弗兰特罗亚尔，占地面积为3200英亩。该园区内有180种乔木，850种灌木及草本植物，40种草类植物，36种竹类。SCBI为私立机构，用于培养野生动物保护领域的研究人员以及珍稀野生动植物的繁殖培育。国家动物园也是动物园水族馆联合会（英语：Association of Zoos and Aquariums）（AZA）的会员单位。

上述两个园区内共有300个种类的1800只动物，其中约有五分之一为濒危动物，且绝大多数都饲养在岩溪公园园区内。动物园内重要的动物品种包括中国的大熊猫以及多种珍稀鸟类、大型猫科动物、亚洲象、两栖动物、爬行动物和小型哺乳动物等。SCBI则收养了30-40种濒危动物品种，并随时根据动物园及生物保护研究会的建议调整动物的种类。由于该动物园属于美国政府拨款运营的史密森尼学会，因此也具有浓厚的学术研究色彩。

国家动物园除圣诞节外，全年无休。华盛顿园区的开放时间为上午8点至晚上7点（冬季为下午5点关闭），展馆开放时间为上午9点至晚上6点（冬季为下午4点关闭）。

1886年，国家博物馆活体动物部成立。1889年国会通过法案，为发展国民的科学、教育和娱乐，设立国家动物园。1890年，该动物园归史密森尼学会管理。在动物园的规划建设中，有三位专家做出了重大的贡献：史密森尼学会第三任会长萨缪尔·朗雷（英语：Samuel Langley）；史密森尼学会脊椎动物部门学者威廉·霍纳帝（英语：William T. Hornaday）以及著名景观设计师弗里德里克·劳·奥尔姆斯特德（英语：Frederick Law Olmsted）。当动物园刚成立时，威廉霍纳帝担任园内185只动物的饲养员。专家们设计了全新的动物园以向公众展示动物，也用于保护大批濒临灭绝的北美洲野生动物，例如野牛、海狸等。

在刚设立后的50年间，国家动物园也与其他动物园一样，主要关注对外展示个别罕见的动物种类。随着人类活动范围的扩大，北美洲大量野生动物遭到了猎杀和驱赶。1899年，堪萨斯州居民捕获了一头大角羊，赠送给了动物园。此后，动物园开始受到大众的欢迎和关注，尤其是园内的大象、老虎等动物都非常受欢迎。动物园的工作人员也开始着手关注对各类动物的长期管理和保护。

在1950年代，动物园首次聘用了一名全职的兽医，用以照顾园内动物的健康。1958年，“国家动物园之友”（缩写为FONZ）成立。市民游说组织成功地使国会通过法案，规定由史密森尼学会负责动物园的全部经费来源。在此之前，动物园的预算是由该学会与华盛顿特区分摊的。国会的这一决定确保了动物园运营资金的稳定来源，促进了动物园的快速发展。2006年，国会又追加了1460万美元的预算，用以改善园内设施。FONZ是一家非营利组织，其宗旨在于吸引公众对动物园的支持，招募志愿者，并加强社区对动物园的支持。它们也每年为动物园捐款400-800万美元。

在1960年代早期，动物园开始重点培育研究濒危物种。1965年，动物园设立了动物研究部门，重点研究动物繁殖、动物行为、生态学等，以更好地满足动物园内动物的需要。

1975年，动物园设立了野生动物保护研究中心（缩写为CRC）。2010年，该中心更名为史密森尼生物保护研究所（SCBI）。研究所位于弗吉尼亚，面积约3200英亩，饲养了蒙古野马、弯角剑羚、鬃狼、鹭鸶等珍稀动物，其主要从事动物的习性、种群关系、遗传学、畜牧业的研究以及动物学家的培养等。

2009年，为了将场地腾空改为大象馆，动物园内最后一头河马“欢喜”被转移到密尔沃基郡动物园。

随着对动物园内动物习性和需求的知识的发展，动物园的建设也日益完善。如今，许多动物不再被隔离开饲养，而是采用群体杂居的方式。大熊猫、金狮面狨、 苏门答腊虎等珍稀动物都成功地培育出了幼仔，证明了动物园在动物保护和研究方面的成就。动物园的专家团队不仅在园内进行研究，同时也深入野外从事动物研究，其研究领域涵盖生态保护、生物多样性监测、兽医学、营养学、行为学、生态学和鸟类迁徙等。

动物园也提供多个教学活动以帮助学生、教师和居民增进对动物世界奥秘的探索。动物园还设计了一些特别课程供全球各地的野生动物专家进行研修，并建立了全球跨国动物保护的网络。动物园也积极应用互联网技术和多媒体视听技术来推广其各类项目。

近年来，园内开辟了亚洲动物区，饲养懒熊、浣熊、云豹等亚洲物种。开放于2013年的大象馆内有多头亚洲象。 根据2017年动物园官网介绍，动物园每年接待参观者人数达230万人次，其官网浏览人数达700万次。

为了保障国家动物园的安全，美国国会特别通过法令，设立了国家动物园警察署（the National Zoological Park Police，缩写为NZPP）。该警察署也是华盛顿特区内五个具有完全警察职权的警署之一，并与首都警察部、美国联邦公园警察局、州政府、首都警察局、联邦调查局以及国防部有着紧密的合作。

园内的大熊猫共有三片室外活动区以及一个带有岩石假山和小瀑布以及游客观察区的室内馆。。

自从1972年首次引进中国的大熊猫玲玲和欣欣以来，大熊猫就成为了园内的明星动物之一。从2000年起，园内又向中国野生动物保护协会租借美香和添添两只大熊猫。他们将在动物园呆到2020年。2005年7月，美香产下一只幼崽，取名为泰山。2010年2月，泰山被送回到中国的碧峰峡大熊猫基地。2012年，美香又产下一胎，但6天后幼仔不幸夭折。2013年8月23日，美香又产下了幼崽宝宝，至今仍饲养在园内。2015年8月22日，美香再次生下了一胎，取名为贝贝。

动物园一度对大熊猫馆进行修缮，2019年2月23日完成装修对外亮相。

2006年，动物园新设了亚洲动物馆区。除了大熊猫之外，该馆还有懒熊、渔猫、小熊猫、云豹、亚洲小爪水獭以及亚洲象等。在大熊猫馆隔壁，曾经养有日本大鲵，但2006年大鲵死亡后该区域被关闭。

2008年春季，动物园开始为亚洲象建造新的场馆。耗资5200万美金的大象馆分为两部分，其中第一部分于2010年9月对外开放，内部带有两片围场，其中一个有戏水池，另外还有250英尺长的一条丛林步道供大象散步。在2013年，旧的大象馆关闭，亚洲象们搬入了新落成的场馆。

狐猴岛四面环水，养有环尾狐猴、红额狐猴（英语：Red-fronted lemur）和领狐猴。

比兹利叔叔（英语：Uncle Beazley）是一个与原型等大尺寸的三角龙模型，原材料为玻璃纤维，最初是在1964年纽约世博会期间辛克莱尔石油公司（英语：Sinclair Oil Corporation）用于展示企业形象的，现存放在狐猴岛附近。在1994年以前，比兹利叔叔一直放在华盛顿的国家广场的美国国立自然历史博物馆旁。

小型哺乳动物馆内展示的动物有金狮狨、沙漠猫、缟獴、白面僧面猴、白头叶猴、懒吼猴、黑足鼬、毛尾鼠袋鼠（英语：Woylie）、蹄兔、耳廓狐、大马岛猬（英语：Greater hedgehog tenrec）、圆耳象鼩（英语：Macroscelides proboscideus）、狐獴、拉河三带犰狳、裸鼹鼠、长毛犰狳、小食蚁兽等小型哺乳动物。除了这些哺乳动物，馆内还养了一群德氏弯嘴犀鸟（英语：Von der Decken's hornbill）。

猩猩馆中有两个独立空间，分别养有七只红猩猩和六只西部低地大猩猩。红猩猩中又分为三只婆罗洲猩猩和四只杂交种红猩猩。红猩猩们可以通过高空的索道从大猩猩馆攀爬到附近的展示馆。

展示馆（The Think Tank）是用来向游客展示动物们如何思考并适应生存环境的场馆，游客们可以在这里看到许多动物的生活习性及生存技巧。除了可以从猩猩馆沿着索道攀爬过来的红猩猩外，馆内还有褐鼠、陆寄居蟹、短肢猴和红尾猴等。

长臂猿馆中有两个种类的长臂猿：两只 白颊长臂猿和两只合趾猿。

猎豹保护站是一个室外场馆。主要包括两片由围栏隔开的区域，分别养着两头南非猎豹和两匹细纹斑马、弯角剑羚、苍羚、黑白兀鹫、林羚、红河猪、鬃狼、尤金袋鼠、阿比西尼亚地犀鸟（英语：Abyssinian ground hornbill） 和小旋角羚。

美洲馆内的动物包括：加州海狮、灰海豹、港海豹、美洲河狸、棕胁秋沙鸭（英语：Hooded merganser）、白头海雕、渡鸦、褐鹈鹕、灰狼。馆内的许多物种曾经都濒临灭绝，但经过生态保护专家的努力，其数量已经有了恢复。美洲馆最近一次装修结束后，在2012年夏天重新对外开放。

由于经费不足，原有的无脊椎动物馆在2014年6月22日永久性关闭。动物园计划今后在其他场馆中另设一个无脊椎动物展厅。另外在禽鸟馆，今后也会展示部分无脊椎动物。

这一南美主题的场馆主要展示了亚马逊河流域的特有动物种类。主要展示的动物包括：江