1995年7月在儿童公园地下，发现了两千多年前的南越国宫署遗址，并进行考古挖掘。2001年12月15日关闭和迁移重建，整体搬迁至仁济路以西、仁济西路以北、一德路以南、人民南路以东的地块。新儿童公园于2002年5月动工建设，2004年6月1日开放。征地补偿约3亿元，建设投资8000多万元，占地面积11146平方米，总建筑面积为20611平方米。分地上和地下两层：地下负一层为游乐场，面积8934平方米；负二层有富衣城、停车场和餐饮店铺，面积10268平方米。

2012年，广州市政府提出“1+12”的儿童公园建设规划，要求“区区有儿童公园”，旧广州市儿童公园降级为越秀区儿童公园，新的广州市儿童公园位于广州市白云区白云公园。

新广州市儿童儿童公园在原白云公园基础上改建而成，2014年初启动改造计划，2014年6月1日第一期建设完成对公众开放。2014年底启动二期改造计划，于2015年6月1日对公众开放。

2022年5月14日起，广州市儿童公园恢复对外开放。

2023年12月19日，广州市林业和园林局在广州市儿童公园成立广州首个儿童友好公园专家智库。

2024年6月1日，由广州市儿童公园联合东升公益基金会共同打造的东升绿创空间正式投入使用。

2024年6月，园区完成设备设施升级。在原有基础上，公园增加或者升级了图书馆、五羊号主题乐园、消防体验园、月表探秘乐园、龙舟戏水乐园以及生态花园等，并从生态、文化、休闲、运动、经济、形象、拓展等方面进行区域划分。

2024年9月，首个“绿色低碳银行”落户广州市儿童公园。