W czasach Jana III równolegle do budowy wilanowskiego pałacu trwało zakładanie pięknych ogrodów, folwarku wraz z budynkami gospodarczymi oraz zwierzyńca. Naturalne walory przyrodnicze miejsca odpowiadały zresztą wymogom kształtowania barokowych założeń ogrodowych. Tarasowy układ terenu oraz obecność zbiorników wodnych pozwalały na uzyskanie ciekawych perspektyw widokowych i powiązanie ogrodu z otaczającym krajobrazem. Od początku władania Wilanowem przez króla Jana III ogrody przy rezydencji królewskiej były otaczane szczególną troską przez ich właściciela, który osobiście doglądał roślin, sadził drzewa, a potem rozkoszował się ich pięknem, spędzając w ogrodzie długie godziny.
Obecnie do epoki Jana III nawiązują w największym stopniu ogrody włoskie rozmieszczone na tarasie górnym i dolnym między pałacem a Jeziorem Wilanowskim. Dekoracje parterów na tarasie górnym są kompozycyjnym przedłużeniem apartamentów królewskich. Do wątków treściowych pałacu odwołują się m.in. tarcze herbowe Sobieskich Janina. Pierwotny wystrój rzeźbiarski, będący dziełem artystów niderlandzkich, został wywieziony przez wojska rosyjskie na początku XVIII wieku. Ocalały natomiast dekoracje XVIII-wieczne, znajdujące się na balustradzie przy tarasie górnym. Figury puttów oraz sfinksów są dziełem Jana Chryzostoma Redlera. Po drugiej wojnie światowej do Wilanowa zostały przewiezione XVIII-wieczne figury z rezydencji w Brzezince na Śląsku (dzieło Johanna Albrechta Siegwitza), które miały zastąpić utracone na początku XVIII wieku figury z czasów Jana III.
Pod koniec XVIII wieku powstał znajdujący się na południe od pałacu ogród angielsko-chiński, skomponowany przez Szymona Bogumiła Zuga na polecenie Izabeli Lubomirskiej. Odchodzi on daleko od barokowej geometryzacji w stronę tworzenia efektownych osi widokowych, kontrastowania samotnych drzew (lub kęp drzew) z otwartą przestrzenią. Na terenie ogrodu angielsko-chińskiego znajdują się cenne okazy drzew pomnikowych (dąb, miłorząb dwuklapowy), sztucznie stworzone jezioro (pochodzące jeszcze z czasów Jana III) oraz późniejsze (z początku XIX wieku) budynki Holenderni, zbudowane z polecenia Stanisława Kostki Potockiego według projektów Chrystiana Piotra Aignera.
Stanisław Kostka Potocki stworzył nad brzegiem Jeziora Wilanowskiego od jego północnej strony ogród angielski, opadający łagodnie w kierunku wody. Znalazły się w nim parkowe budowle – Altana Chińska czy Pompownia. Osie widokowe łączą poszczególne elementy założenia ogrodowego – jedna z najpiękniejszych wiąże Chińską Altanę z Mostem Rzymskim, prowadzącym na wyspę, na której znajduje się monument upamiętniający rozegraną w 1809 roku bitwę pod Raszynem. Po przeciwnej stronie Jeziora Wilanowskiego powstał inny park krajobrazowy – Morysin. Obecnie jest to rezerwat przyrody z cennymi siedliskami zwierząt i wciąż czytelnymi reliktami historycznej XIX-wiecznej kompozycji krajobrazowej. Najlepiej zachowanym obiektem z tego czasu jest piękna neogotycka brama, znajdująca się na osi wilanowskiej rezydencji.
W połowie XIX wieku przy południowym skrzydle powstał neorenesansowy ogród różany, przy północnym zaś urokliwy Gaj Akademosa, z posągami poetów sławiących uroki wiejskiego życia w zgodzie z naturą – Jana Kochanowskiego i Franciszka Karpińskiego. Na początku XIX stulecia przekształcono również dwudzielny barokowy dziedziniec nadając mu zachowaną do dzisiaj owalną formę. Przemianom uległ także teren przedpola pałacu, na którym powstało neogotyckie Mauzoleum Aleksandry i Stanisława Kostki Potockich. Kwatery przedpola zostały otoczone ceglanym ogrodzeniem, powstał wówczas m.in. Dom Ogrodnika (obecny budynek kasy muzeum) oraz kapliczka z figurą Madonny.
Koncepcja rewaloryzacji Ogrodu różanego, Ogrodu na Tarasie Górnym, Ogrodu Północnego oraz Parku przy Oranżerii autorstwa Profesora Politechniki Krakowskiej, dr hab. inż. arch. Zbigniewa Myczkowskiego stanowiła podstawę dla Autorskiej Pracowni Projektowej - Jerzy Wowczak do sporządzenia dokumentacji budowlanej.