北京動物園的動物館舍主要有：
獅虎山：建於1956年，是北京動物園的標誌性建築之壹。在照相機在中國屬於高檔消費品的時代，許多人在動物園的紀念照都是以獅虎山為背景的。獅虎山的建築被裝飾成獨特的山型結構，進入館舍參觀有如進入神秘的山洞，連接室外活動場和室內動物館舍的通道也設計成山洞的形式，這種設計不僅有很好的視覺效果，而且可以避免冬季寒風直接吹入展廳內部。獅虎山內飼養了包括非洲獅、白獅、孟加拉白虎、東北虎在內的多種大型貓科動物。過去，每逢假日，飼養員會向籠中投放活雞，以此來訓練動物的野性。
2009年，在獅虎山的北側豎起壹座虎的銅雕，由雕塑藝術大師袁熙坤先生歷時兩年創作而成，名為“山君”。老虎長19.48米、高9.18米、重30噸。這也是北京動物園裏第壹座大型動物雕塑。
熊山：位於動物園東北角，原址為稻田，1952年動工興建熊山，占地面積4275平方米，原由黑熊和白熊兩個下沈式露天館舍組成，白熊山位於東側，內有假山和水池。黑熊山位於西側，分南北兩個部分，南側場地較大，有假山和水池，內為棕熊。北側場地較小，僅有水池壹座，內為黑熊。因2007年修建高架橋將黑熊山拆除，白熊現未對公眾展覽，原白熊山仍對外開放，內飼養棕熊及黑熊。
白熊館：在原黑熊山位置修建，2012年9月底建成開放。占地約8000平方米，建築面積約4000平方米，分為遊人景觀參觀廊和室內參觀展廳；動物室內展廳和室外展示運動場；動物獸舍和飼養操作區；配套衛生間和多功能參觀展廳等四個區域。
在480平方米的室內展廳中央，有壹個面積約兩平方米的圓形凸起物，這是壹個制冰機，為北極熊提供真正的冰面小憩地。正對玻璃墻的墻面上，有壹塊長12米、高4米的背景銀幕。園方利用展廳上方懸掛的投影設備，在銀幕上放映北極冰川、北極光和動物的科普影片。
室內展廳和兩個室外展示運動場各有壹個水池供北極熊遊玩。3個水池總儲水量為500立方米，為保證水質、節約用水，北京動物園設置了3套水處理系統，凈化自來水並循環使用，耗資約80萬元。
白熊館的建成開放標誌著2006年為展西路工程讓路的3個動物館舍全部復建完成。?
猴山：是動物園現存歷史最悠久的館舍，也是現存唯壹壹個興建於1949年以前的館舍。
猴山位於園的東部，占地面積約1000平方米，為下沈式結構，場館中央用山石堆積成兩座假山，之間懸掛軟梯、輪胎等遊樂設施。外圍橢圓形的圍墻，圍墻高3.1米，從假山到圍墻的距離為5.9米。在北側的圍墻處，有壹空間，可供猴群在惡劣的天氣裏遮風避雨。1986年和1993年，兩次對猴山進行維修和改造，加固山石，接通上、下水。因不時會發生頑皮、健壯的成年猴子，借山石之力躍出猴山，為此，沿墻壁設置低壓電網，並根據猴子對色彩的不同反映，在電網處塗上紅、白兩種顏色，以引起猴子的警覺。
2006年10月，因建動物園路高架橋，拆除猴山的外圍墻和參觀平臺，僅保留其原山體。但山的頂部還是被抹平，高度不可避免地受到影響。此時，部分猴子被遷到兩棲爬行動物館西側外的臨時館舍內。
2009年9月，對舊猴山進行改建。因地勢、周邊環境等因素，已根本不可能再恢復原貌，原山體被玻璃幕墻環繞，面積也有所減少。10月完工開放。
夜行動物館：於1988年11月正式開館。它位動物園正門偏東北約50米。該館為壹東西長、南北寬的矩形建築，它的東面為出入口，南、北、西為動物展舍。其中南北兩側還設有外運動場。本館展示的主要是晝伏夜出的小型雜食性動物。館內有展舍22間，采用人工控制燈光照明。每日早8點至下午5點用紅光照明，用來模擬夜間環境，使夜行性動物夜間的活動情況呈現在廣大參觀者面前。
貓科動物館：原中型猛獸區位於熊山北側，始建於1984年，建築面積1277平方米。展覽朝鮮豹、雪豹、雲豹、黑豹、猞猁等中型猛獸，2007年因修建高架橋拆除。後重新修建貓科動物館。新貓科動物館建築面積約3200平方米，其中動物展廳面積800平方米，運動場面積600平方米，遊人參觀廳面積1000平方米，動物飼養獸舍面積300平方米。
改建後的貓科動物館分為熱帶雨林區、溫帶森林區、稀樹草原區和高山動物區四個展區，除此以外還設立了壹個約500平方米的動物科普博物館。此次設計，打破常規，推翻了傳統的單層平房式獸舍設計思路，提出了局部二層立體空間式獸舍及遊人參觀道結合的設計理念。展區內設有獨立的獸舍和動物運動場及室內展廳，展館間有室內和室外遊客通道相連。在參觀路線設置上將動物展示、科普展示和遊客互動相結合，依次呈現在遊客面前，這樣壹來不僅大大的提高了遊客參觀的興趣，同時增加了參觀形式的多樣性。
新建的貓科動物館將獸舍地面提高，獸舍也由鐵絲網換成了玻璃幕墻。熱帶動物展區頂部采用了球形網架設計；為增加新館的采光度，頂層增加了透光窗；室內展廳裝飾以熱帶雨林藤蔓結構為主，仿真樹、巖石、壁畫、雕塑渾然壹體，LED節能燈、人造光纖和仿生音效相結合。還為方便殘疾人參觀，安裝了壹部殘疾人專用電梯。
在館舍布置上，根據各種貓科動物的生活習性和飼養方式，壹層設有八間獸舍和運動場，主要飼養豹貓、獰貓、猞猁、美洲豹、美洲獅、黑豹；二層設有四間獸舍和運動場，主要飼養華南豹、朝鮮豹，每間獸舍都有相對應的室外運動場。並單獨設立了不對遊人開放的三間治療獸舍和室外運動場，作為動物的休養飼養獸舍。在場館的南側單獨設有獵豹露天展區。
雉雞苑及育幼室：北京動物園雉雞苑建成於1983年11月。原計劃1974年建成，因受當時資金限制，延誤竣工。建築風格與以往不同，為開放式獸舍群，分為東、西院兩組建築，東院壹組由獸舍和曲廊與西院壹組相連。整個獸舍群由櫥窗式展舍與帶活動場的獸舍組成。東院有壹組7間櫥窗式展舍，在院的南內側；另有20間帶室外活動場的獸舍，獸舍內有操作廊。西院有兩組櫥窗式展舍，東邊壹組7間，西邊壹組6間，另有16間帶室外活動場的獸舍。1984年1月對外開放時，展出青鸞、大鳳冠雉、棕尾火背鷴、綠尾火背鷴、禿頂珠雞等珍稀動物。在北京動物園飼養展出半個世紀的神鷹，生前即在這裏展出。
2000年，雉雞苑的東院部分被改建為育幼室。在這裏曾同時“全托”的幼仔有黑猩猩“丫丫”、川金絲猴“貝貝”，還有非洲獅、黑豹、朝鮮豹、原駝和羚牛等。其中年齡最大的1歲4個月，最小的來到這個世界上不過15天。
2008年，雉雞苑的西部與大熊貓館相連，形成中國珍稀動物展示區。在觀看大熊貓的同時，可以看到朱鹮、金絲猴、紅腹錦雞等中國特有的珍稀動物。
熊貓館：是1990年作為第十壹屆亞運會獻禮工程興建的，造型獨特，曾經入選當年度“北京十大建築”和“北京市優質建築”，但實際上熊貓館建築質量非 常壹般，使用十年之後就已經開始出現漏雨問題。熊貓館總占地面積1萬平米，建築面積1452平米，主體建築呈盤繞的竹節形狀，有11道半圓形的拱圈沿竹節延伸的方向分布，象征第十壹屆亞運會，東南側為館舍參觀入口，西北側為通向室外活動場的出口，室內***有三個公開展室，參觀大廳頂部用懸吊12個玻璃鋼大球，以調節室內音響效果，功能性區塊包括隔離間、治療間、飼料間、鮮竹儲存間、產房、飼料制作間、電視監控室等均設在半地下，熊貓的室外活動場地自然起伏，設有木質棲架和遊樂設施。熊貓館周圍綠化以竹為主，通向熊貓館步道裝飾有黑白兩色鵝卵石。
2008年修建奧運熊貓館，臨時展出八只來自四川臥龍熊貓保護區的大熊貓，原熊貓館現更名為亞運熊貓館同時開放。
金絲猴館：西靠猩猩館，東鄰黑水洋，環境優雅，南北地勢平坦開闊。占地面積1000平方米，建築面積500平方米，室外運動場面積320平方米。金絲猴館以飼養流線為主軸，兩側為獸舍與服務性房屋。獸舍隱蔽於假山之中，兩個半圓形網籠相錯構成動物室外活動場，場內山石、棲架供金絲猴上下攀躍，既滿足飼養管理的需要，又便於遊人觀賞，形成北京動物園西部獨特的參觀遊覽景區。
兩棲爬行館：位於動物園西南部，緊鄰鬯春堂，建於1979年，建築面積4345平方米，曾經是北京動物園設施最好的館舍之壹。兩爬館分上下兩層（由於改建現地下壹層暫時停止展覽），設計有展廳、參觀廊、室、操作廊間、飼料飼養間等功能區塊，館內設置大小不壹的展室90余個，展室面積根據展示的動 物不同而有很大差異，用於飼養和展示揚子鱷的展廳面積最大，179平方米；展示蛇的展廳面積則不足1平方米。門廳左側展示鱷、龜、鱉等爬行動物，最大的壹間鱷魚展室就位於此，門廳右側樓下展示兩棲動物，樓上展示蛇類，右側展廳中央是飼養和展示網蟒的蟒蛇展廳，展廳貫通上下兩層，長12米，寬6.4米，高11米展，廳中央用混凝土鑄造了壹棵假樹供蟒蛇攀援，廳內有空調系統和濕度調節系統，這在1970年代的中國是非常先進的。
兩爬館館外西側有三個室外活動場，與館內鱷魚展室相連，活動場用鱷魚、青蛙等動物雕塑裝飾，突出了兩棲爬行館的主題，展館東側室外臨湖，依水建榭與主體建築用回廊連結，並有躍層懸梯相連。兩爬館建築形式活潑，功能完善，是70年代和80年代北京動物園最重要最成功的建築之壹。
大猩猩館新館：建於1987年。該館占地面積8000平方米；建築面積1430平方米；室外運動場面積3600平方米；工程總造價達420萬元。飼養展出黑猩猩，曾飼養展出過“尼奧爾”、“阿蔻”、“蕾妮亞”、“吉郎”四頭大猩猩。
建築面積比舊館增加了近2倍，展舍內建有猩猩日常活動的山石、棲架，背景繪有猩猩野外生活的壁畫，展窗玻璃采用大尺寸34毫米厚的復合玻璃，保證捶擊安全。室外運動場有山石、水池等運動設施和圍欄，展室與室外運動場有地廊作為通道，串籠閘門為手搖機械門，人與猩猩不直接接觸，保證了飼養人員的安全。館內還設有隔離室、治療室、繁殖室、育幼室及飼料加工室等，加寬了飼養操作廊，改善了飼養管理條件。
室外運動場栽有高大的喬木和成叢的灌木，還有假山石和假的枯樹幹，很好地再現了野外環境，有利於動物玩耍、嬉戲，觀展效果也很好。
長頸鹿館：1957年8月竣工。該館位於動物園長河以南，是動物園西部最高的館舍。該館為磚混結構的單層尖頂建築，頗具歐洲風格，最高處8.9米。
中央參觀大廳跨度為5米，長20米。長頸鹿館的獸舍面積約200多平方米，***分7間，動物與遊人近在咫尺僅以壹網隔開，展覽效果極好。
緊傍獸舍的5間室外運動場總面積達3000平方米以上，運動場之間以欄桿相隔，飼養員可以根據不同的需要把動物分布於各個運動場。運動場外環繞著寬2.5米的參觀通道，為保證安全，除網外有欄桿與遊人相隔外，網下還砌有60厘米高的矮墻，這大大提高了安全系數。
為了照顧長頸鹿特殊的身體特征，本館不論館舍還是棲棚都建得高高大大的，給人壹種挺拔向上的感覺。
鹿苑：位於園的西北側，占地面積1.5萬平方米。獸舍建築面積1475平方米，活動場面積12468平方米。1982年12月動工興建，1984年8月竣工。6種36只鹿科動物由原草原動物苑遷入。
苑內分甲、乙、丙、丁、戊五個展區，根據不同動物的生活習性、地理環境建造。苑的中心區建有壹個二層樓的工作間，在樓上可以觀察到整個鹿苑內動物的情況。其它四個區有的連成小院，有的是松散形，都有工作間。獸舍多為棚子式，為動物避雨、雪用。少數動物如扭角羚、麝牛有獸舍。活動場外為0.8～1米的水泥墻，上圍鐵欄桿。欄桿的疏密程度不同。
兒童動物園：最初的兒童動物園位於兩棲爬行動物館南側。該園學習了國外動物園的先進經驗，於1984年6月1日對外開放。園內有造型各異、色彩艷麗的小型動物展舍，展出有家駱駝、綿羊、山羊、大耳羊、家兔、犬、貓、豚鼠、獼猴、觀賞鳥等。給孩子們提供了親手飼餵動物，近距離觸摸動物，培養愛心的場所。落成時，時任北京市婦聯副主席沈瑞為其剪彩。1988年重新翻修，增設小馬可供兒童騎乘。1994年8月因故拆除。1996年，在長頸鹿館西側又新建，除仍保留小型動物飼餵區外，還添置翻鬥樂等小型遊藝設施。
新羚羊館：於1997年9月竣工。新羚羊館東臨小動物愛心俱樂部，西臨羚牛區。該館為水泥結構建築，外觀為東西長合狀。中間主體建築為室內獸舍組成。室內從東至西有兩米寬通道，通風較好。室外為南北圍欄式動物運動場，室內主體建築高6米多，20間室內動物獸舍，壹大間為24平方米，中間有隔斷推拉門，又分為12平方米壹間，做為對動物的臨時隔離和串間使用。獸舍內設有動物食水、槽, 設上下水, 供動物飲水、飲食之用。動物獸舍每間還設有供暖設備。
在圍欄內分大小12個運動場，每個運動場在50-30平方米不等。在運動場鐵圍欄亦裝遮陰避雨柵欄及部分草架子。
犀牛河馬館：位於長河北岸，建於1992年至1994年，內有白犀牛、獨角犀及河馬，並設有餐廳。舊河馬館位於水禽湖西部。
大象館：位於長河北岸，建於1996年至1998年間，東部展覽亞洲象，西部展覽非洲象。館外有活動區。舊象房位於猴山北側，70年代曾因展覽斯裏蘭卡總統班達拉奈克夫人贈送的亞洲象“米杜拉”而聞名。