A história do Parque Estadual de Dois Irmãos remonta ao início do século XX, quando, em 1916, foi criado Horto Florestal de Dois Irmãos. A medida tinha o objetivo de proteger uma valiosa área de Mata Atlântica que abrigava o manancial com as águas de melhor qualidade para abastecer a capital pernambucana: o Açude do Prata. Inicialmente administrado pela Prefeitura do Recife, o Horto só passou à Fundação do Instituto de Pesquisas Agronômicas – IPA, do Governo de Pernambuco, em 1935. 

Quatro anos mais tarde, ele se transformou no Jardim Zoobotânico de Dois Irmãos, cujo primeiro diretor foi o professor e ecólogo João de Vasconcelos Sobrinho. O Jardim Zoobotânico ganhou, em 1989, status de reserva Ecológica pela Lei nº 9.989. E finalmente, o Governo do Estado definiu, em 1998, a área como Parque Estadual Dois Irmãos, com 387,4 hectares, que incluía um fragmento de Mata Atlântica com os açudes do Prata, do Meio e o de Dois Irmãos, além de 14 hectares de área construída do zoológico. 

O Parque ainda passou por uma grande ampliação em 2017, quando o Estado estendeu sua área para os atuais 1.158 hectares. Assim, o equipamento passou a configurar como um dos maiores fragmentos urbanos de mata atlântica de Pernambuco e um importante centro de conservação da natureza do país. Hoje seu objetivo é preservar a biodiversidade local, proteger os mananciais, além de promover atividades de educação ambiental e científica. 

Além de reunir esse exuberante ecossistema de plantas e animais em vida livre, como preguiças, saguis, quatis, capivaras e aves diversas, o Parque Estadual de Dois Irmãos segue abrigando o zoológico do Recife, com cerca de 400 animais sob cuidados humanos, entre répteis, aves e mamíferos. Ele ocupa uma área de 14 hectares e, em suas instalações, dispõe de uma clínica veterinária voltada ao atendimento dos animais do zoo, assim como, dos que moram na mata. 

Atualmente, o Parque Estadual de Dois Irmãos e o zoológico são administrados pela Secretaria de Meio Ambiente e Sustentabilidade de Pernambuco (Semas/PE).