ประวัติของสวนได้เกิดในช่วงปีค.ศ.1611 จากพระราชเสาวนีย์ของมารี เดอ เมดีซิส สมเด็จพระราชินีแห่งฝรั่งเศส ที่ทรงต้องการสร้างพระราชวังใหม่ พร้อมสวน และน้ำพุที่ปัจจุบันยังคงอยู่ โดยมีพระราชประสงค์ให้ปลูกต้นไม้และออกแบบให้เหมือนราวกับสวนในเมืองฟลอเรนซ์ ที่เป็นบ้านเกิดของพระองค์ โดยมีผู้ออกแบบคือ ตอมมาโซ ฟรานชีนี่ ซึ่งได้ปลูกต้นเอล์ม กว่า 2,000 ต้น โดยมีระเบียง 2 บริเวณ ตกแต่งด้วยรั้วประดับ สวนเรขาคณิตอันวิจิตร พร้อมทั้งน้ำพุเมดิชี่ ที่ตั้งอยู่ด้านทิศตะวันออกของพระราชวัง โดยในขณะนั้นยังไม่มีบ่อน้ำและรูปปั้นอย่างปัจจุบัน โดยแต่แรกสวนมีพื้นที่เพียง 80,000 ตารางเมตร

ในปีค.ศ.1630 ได้มีการขยายพื้นที่เป็น 300,000 ตารางเมตร โดยได้ทรงมอบหมายให้ฌัค บัวโซ ผู้ออกแบบสวนแห่งพระราชวังตุยเลอรี และพระราชวังแวร์ซาย เป็นผู้ออกแบบ โดยเขาได้เป็นผู้วางต้นแบบการจัดสวนแบบฝรั่งเศส โดยใช้รูปเรขาคณิต เป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสหลายๆขนาด และปลูกพุ่มไม้และดอกไม้เป็นทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้ายาวบริเวณด้านหน้าพระราชวัง ตรงกลางสวนเขาได้ออกแบบสระน้ำแปดเหลี่ยมพร้อมน้ำพุ

ในรัชสมัยต่อมาสวนแห่งนี้ได้ถูกปล่อยไม่ได้รับการดูแลจนกระทั่งเมื่อปีค.ศ.1780 สวนฝั่งตะวันออกได้ถูกแบ่งขายโดย กงต์ เดอ โปรวองซ์ ว่าที่พระเจ้าหลุยส์ที่ 18 และต่อมาภายหลังการปฏิวัติฝรั่งเศส สวนแห่งนี้ได้ถูกขยายเป็น 400,000 ตารางเมตร โดยทำการเวนคืนจากที่ดินสำนักสงฆ์นิกายคาร์ธูเซียน โดยมีสถาปนิก ฌอง ชาลแกรง เป็นผู้รับผิดชอบการฟื้นฟูสวนขึ้นมาใหม่ โดยเขาได้ออกแบบน้ำพุเมดิชี่ขึ้นใหม่ และเก็บรักษาสวนเนอสเซอรี่ ไร่องุ่นของสำนักสงฆ์ไว้ โดยเขายังคงจัดสวนคงแบบฝรั่งเศสไว้เหมือนเดิมทั้งหมด

ช่วงปีค.ศ.1848 สวนแห่งนี้ได้กลายเป็นที่เก็บรูปปั้นต่างๆมากมาย รวมทั้งพระบรมรูปพระราชินีในอดีต รูปปั้นสตรี และอื่นๆอีกมาก โดยตั้งเรียงไว้รายรอบ และต่อมาในปีค.ศ.1880-1890 ได้มีรูปปั้นที่เป็นอนุเสาวรีย์แก่นักเขียน และช่างศิลป์ต่างๆ รวมทั้งรูปจำลองขนาดเล็กของเทพีเสรีภาพอีกด้วย

ในระหว่างปีที่ทำการเปลี่ยนแปลงกรุงปารีสครั้งใหญ่ในช่วงปีค.ศ.1865 ได้มีการตัดถนนผ่านเข้ามาในสวน ทำให้พื้นที่หายไปประมาณ 150,000 ตารางเมตร รวมถึงสวนเนอสเซอรี่ด้วย รวมถึงการย้ายสถานที่ตั้งของน้ำพุเมดิชี่ มาตั้งอยู่ ณ สถานที่ในปัจจุบัน และยังมีการสร้างรั้ว และประตูเหล็กดัดโดยรอบสวน

ในช่วงปลายยุด 1800 สวนลุกซ็องบูร์ประกอบไปด้วยรูปปั้นกว่า 70 รูป โรงละคอนหุ่นกระบอก ลานดนตรี เรือนกระจกปลูกพืช โรงเลี้ยงผึ้ง สวนกุหลาบ สวนผลไม้ เรือนกระจกสำหรับปลูกส้มในฤดูหนาว ซึ่งภายหลังกลายมาเป็นที่จัดแสดงรูปปั้น และศิลปะสมัยใหม่ จนถึงปีค.ศ.1930