วัดสวนดอกสร้างขึ้นในภายในเวียงสวนดอก ซึ่งเป็นเขตพระราชอุทยานในสมัยราชวงศ์มังราย โดยในปี พ.ศ. 1914 (ศักราชนี้ถือตามหนังสือชินกาลมาลีปกรณ์ของพระรัตนปัญญาเถระ) พญากือนา กษัตริย์องค์ที่ 6 แห่ง ราชวงศ์มังราย ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้สร้างเป็นพระอารามหลวง เพื่อให้เป็นที่จำพรรษาของ "พระสุมนเถระ" ผู้ประดิษฐานพระพุทธศาสนาลัทธิลังกาวงศ์ ในแผ่นดินล้านนา และสร้างองค์พระเจดีย์เพื่อประดิษฐานพระบรมสารีริกธาตุ 1 ใน 2 องค์ ที่พระสุมนเถระอัญเชิญมาจากสุโขทัย ในปี พ.ศ. 1912 (องค์หนึ่งประดิษฐานอยู่ในพระเจดีย์ในวัดพระธาตุดอยสุเทพราชวรวิหาร)

ในสมัยราชวงศ์มังราย วัดสวนดอกเจริญรุ่งเรืองมาก แต่หลังจากสิ้นราชวงศ์มังราย บ้านเมืองตกอยู่ในอำนาจพม่า ทั้งเกิดจลาจลวุ่นวาย วัดนี้จึงกลายสภาพเป็นวัดร้างไป จนได้รับการบูรณปฏิสังขรณ์ขึ้นใหม่อีกครั้ง ในรัชสมัยพระเจ้ากาวิละแห่งราชวงศ์ทิพย์จักร และได้รับการทำนุบำรุงจากเจ้านายฝ่ายเหนือ และประชาชนเชียงใหม่มาโดยตลอด

วัดสวนดอก ได้รับการบูรณะครั้งสำคัญ 2 ครั้ง ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2450 เจ้าดารารัศมี พระราชชายาในพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้อัญเชิญรวบรวมพระอัฐิ เจ้านครเชียงใหม่และพระประยูรญาติมาประดิษฐานรวมกัน และต่อมาอีกครั้งหนึ่งในปี พ.ศ. 2475 เป็นการบูรณปฏิสังขรณ์องค์พระวิหารโดยครูบาศรีวิชัย นักบุญแห่งล้านนา