1955年4月1日，西郊公园正式改名为「北京动物园」由时任中国科学院院长的著名学者郭沫若题写园名，文革期间，由於郭沫若受到冲击，由他题写的园名匾额被摘除，从毛泽东诗词书法《沁园春·雪》中选择「北京动物园」五个字，拼凑成了现在使用的园名牌匾。动物园的西洋式门楼上方雕花龙纹也被砸掉，

在1955年至1975年的20年间，北京动物园获得了一定的发展，先後兴建了象房、狮虎山、猕猴馆、猩猩馆、海兽馆、两栖爬行动物馆等场馆，其中狮虎山、猩猩馆、两栖爬行馆等场馆使用至今，併成为北京动物园的标志建筑。

北京动物园曾先後饲养展出过毛冠鹿、秘鲁企鹅、西里伯斯水牛、华南虎、北美麝牛、亚洲象「米杜拉」、日本鬣羚、智利火烈鸟、美洲河狸、白犀、鼷鹿、暹罗鳄、中美貘、加勒比海牛、白唇鹿、阿拉伯狒狒、山魈、黑犀、象龟、绿狒、大羚羊、土豚等各国领导人赠送中国的礼品动物。，以及北京动物园从国外征集採购和交换来的珍稀动物。

除了接受和饲养外交礼品动物，北京动物园还向国外提供了很多中国特有的珍贵动物，作为国际交流的礼品赠送出国，为中华人民共和国在1970年代打开外交局面作出了独特的贡献。

1980年代中国改革开放之後，北京动物园迅速发展，兴建了非洲象馆、雉鸡苑、中型猛兽馆、鹿苑、豺狐兽舍、袋鼠兽舍、箭猪豚鼠兽舍、鹤类繁殖岛、火烈鸟馆、朱鹮馆、夜行动物馆、热带鱼馆、热带小型猴类馆、大猩猩馆、大熊猫馆、金丝猴馆、黑颈鹤繁殖兽舍、狼山兽舍、长颈鹿馆扩建兽舍、大熊猫繁殖兽舍、小熊猫繁殖兽舍、鹤类繁殖兽舍、大熊猫馆等新兽舍场馆，其中为1990年亚运会配套工程的新大熊猫馆还获评当年度的北京新十大建筑，成为北京动物园的标志性建筑之一。 在这个阶段，北京动物园的动物繁育饲养研究也取得了长足的进步，其中大熊猫、朱鹮等珍稀动物的人工繁育技术处於国际领先地位。

1990年代，北京动物园向北扩建，同时将西部及南部的土地作为商业用地高价转让。这一时期修建了新象馆、犀牛河马馆、北京海洋馆、科普馆、鸟馆、非洲动物放养区等新馆舍，同时採取较科学的动物喂养方法，拟造其原生环境，并将部分动物散养或混养。