En 1769, le Duc de Chartres fit l'acquisition d'un terrain sur lequel il édifia la Folie de Chartres entourée par un jardin "à la française". Il confia plus tard au paysagiste Carmontelle l'ordonnancement de son jardin, qui lui donna une touche unique. L'on vit surgir des édifices de tous les styles et de toutes les époques : ruines d'un temple de Mars, et d'un château gothique, minaret, moulin hollandais, pyramide égyptienne, pagode chinoise, tente tartare, autant de petites constructions fantaisistes qui rendirent célèbre ce jardin anglo-chinois.
Des rivières furent creusées, ainsi que la célèbre Naumachie, un bassin entouré de colonnes corinthiennes (dans l'Antiquité romaine il s'agissait d'un bassin où avaient lieu des représentations de combats navals), pour laquelle Carmontelle se serait inspiré des tombeaux des Valois de la basilique Saint-Denis. Le parc fut amputé en 1787, à l'époque de la construction du mur des Fermiers Généraux. Une rotonde à colonnes, dit le pavillon de Chartres, qui devait servir de poste de guet, fut érigée par Ledoux, en bordure de l'actuel boulevard de Courcelles. Une partie du pavillon, que vous pourrez encore apercevoir, fut aménagée en salon par le Duc de Chartres, au premier étage, duquel il pouvait admirer une vue imprenable sur la plaine Monceau. En 1793, une serre chaude, un jardin d'hiver, ainsi que de nouvelles allées surgirent sous la houlette de Thomas Blaikie, auteur du merveilleux parc de Bagatelle, qui transforma le parc Monceau en jardin à l'anglaise.
Devenu bien national à la Révolution, on le restitua à la famille d'Orléans, mais il ne resta pas longtemps entre leurs mains. L'Etat en fit l'acquisition en 1852. La physionomie du parc avait alors considérablement changé. Le financier Pereire avait fait élever de nombreux hôtels particuliers sur les côtés Est, Sud et Ouest, notamment les musées Cernuschi (art asiatique) et Nissim de Camondo (XVIIIe siècle). Ils font aujourd'hui partie du prestige du quartier de la plaine Monceau, mais le parc fut dès lors amputé de moitié. Les dessins du parc furent modifiés une dernière fois par l'ingénieur Alphand, l'architecte Davioud et l'horticulteur Barillet-Deschamps, qui travaillèrent sous les ordres du Baron Haussmann. En 1861, Napoléon III put enfin inaugurer le parc que nous connaissons actuellement.