در سال ۱۲۶۴ هجری قمری، محمد شاه قاجار دستور ساخت کاخی در حوالی اسدآباد و تجریش را صادر کرد که به (کاخ محمدیه) معروف گشت، کاخی که اگر چه هنوز در میانه ساخت خود بود، اما شاه که به بیماری نقرس مبتلا شده بود آن را برای سکونت در آخرین روزهای زندگی خود برگزید و در نهایت در همین کاخ نیمه کاره زندگی خود را در سن ۴۲ سالگی به پایان رساند.
هم زمان با ساخت کاخ محمدیه، درباریان نزدیک به او نیز در همان حوالی اقدام به احداث باغ و عمارت ییلاقی کردند که از جمله آن‌ها حسینعلی خان معیرالممالک، خزانه‌دار و عیار زن مسکوکات سلطنتی بود که ساخت عمارات باغ فردوس را در پیش گرفت.
این عمارت به سبک قاجاریه در دو طبقه بنا شده است. زمینهای قسمت جنوبی و سراشیبی باغ با سنگ چین‌هایی به صورت هفت قطعه مسطح در آمد که روی هر یک از قطعات، استخری با فواره‌های متعدد احداث شد. استخرها به گونه‌ای ساخته شده بودند که از فواصل دورتر بزرگ‌تر به نظر می‌آمدند. مساحت باغ فردوس ۲۰ هزار متر مربع و طول آن ۲۸۰ متر و شیب آن از شمال غربی به جنوب شرقی است.
بعدها این باغ توسط دوستعلی خان نظام الدوله، پسر حسینعلی خان توسعه یافت و وی با همت معماران اصفهانی و یزدی، ساختمانی در قسمت جنوبی باغ برپا کرد و آن را (رشک بهشت) گذاشت. این عمارت و باغ زیبای اطراف آن بهترین مکانی بود که نظامالدوله می‌توانست مراسم عروسی خود را با دختر ناصرالدین شاه برگزار نماید.
اما با وجود هزینه‌های هنگفتی که برای این باغ صورت پذیرفته بود، دوست محمدخان معیرالممالک، پسر دوستعلی خان، برخلاف پدر و پدربزرگ خود چندان علاقه‌ای به باغ نشان نداد و به همین سبب با گذشت زمان ساختمان رو به خرابی گذاشت تا حدی که سنگ‌های مرمر آن که از سنگ‌های اعلای یزد بر روی پلکان و بخش‌هایی از ساختمان نصب شده بود، کنده و به عبارت امیریه (مدرسه نظام) برده شد.
بعد از دوست محمدخان، مالکیت باغ از خاندان معیرالممالک خارج شد و به تملک حاجی میرزا حسین پسر حاجی میرزا خلیل، از تاجران شیرازی درآمد، وی پس از خرید، به تعمیر عمارت همت گماشت. ولخرجی‌ها و مهمانی‌های شبانه میرزاحسین در نهایت منجر به آن شد که پدر او را به شیراز فراخوانده، باغ و عمارت به سرایدار سپرده شود.
میرزا حسین تهرانی در سال ۱۳۰۸ هجری قمری، نامش را به عنوان یکی از مالکان باغ ثبت نمود و به مدت ۱۰ سال در آن به همراه خانواده خود ساکن شد، عمارت شمالی باغ توسط وی تخریب و درختان آن از ریشه در آورده شدند. به این ترتیب آنچه به عنوان باغ فردوس امروزه در اختیار ما قرار دارد، عمارت جنوبی آن به انضمام بخش‌هایی از باغ قدیم است. روند تخریب باغ با مرگ میرزا حسین تهرانی در سال ۱۳۱۸ هجری قمری متوقف شد. میرزا اسماعیل خان امینالملک، برادر امین السلطان اتابک آنجا را از وارثان میرزاحسین خریداری نمود، اما تلاش چندانی در حفظ و احیای آن نشان نداد و بدین ترتیب سومین روند تخریبی باغ را به نام خود ثبت کرد.
با مرگ وی، محمد ولی خان سپهسالار تنکابنی (خلعتبری) باغ را از وارث امین الملک به مبلغ ۱۸ هزار تومان خریداری به تعمیر مجدد آن همت گماشت، سپهسالار، علاوه بر ایجاد فواره و استخر‌های مطبق، قنات باغ فردوس را نیز احیا کرد و سردری باشکوه در مظهر قنات (میدانگاه فعلی باغ فردوس) ساخت. ولی به دلیل بدهی، باغ به تملک تجارتخانه طومانیانس در آمد که او نیز بعدها باغ را در ازای بدهی به دولت رضاخان واگذار نمود و دولت در ازای متری ۲ الی ۳ تومان آن را در اقساط پنج‌ساله به کارمندان خود فروخت. زمینهای باقیمانده نیز به تملک شهرداری تهران درآمد.
در سال ۱۳۱۶ خورشیدی، وزارت معارف به دستور علی اصغر حکمت، قسمتی که باغ فردوس کنونی را شامل می‌شود، خرید و پس از مرمت، دبیرستان شاپور تجریش را در آن تاسیس نمود. بخش‌های دیگری از باغ به میزان تقریبی ۶۰۰۰ مترمربع به همراه ساختمان اندرونی نیز در همین سال توسط دکتر محمود افشار یزدی خریداری شد،
مرحوم افشار به‌تدریج با خریداری قطعات اطراف، مساحت باغ را به ۱۲ هزار متر مربع رساند. سپس در سال ۱۳۳۷، باغ و ساختمانهای داخل آن را وقف امور فرهنگی کرد؛ از جمله در سال ۱۳۵۲ قسمتی از آن برای استقرار موسسه لغتنامه دهخدا و موسسه باستان‌شناسی به دانشگاه تهران واگذار شد که همچنان دایر است.
دبیرستان شاپور تجریش همچنان به فعالیت خود تا سال ۱۳۵۰ ادامه داد، تا اینکه در این سال وزارت فرهنگ و هنر به دستور فرح دیبا (پهلوی) محدوده دبیرستان و بخش‌های باقیمانده از باغ قدیم را وزارت معارف از شهرداری تهران خریداری و به تملک آن اقدام نمود، مرمت باغ به سازمان رادیو تلویزیون ملی سپرده شد، تا پس از تجدید بنا، به وزارت فرهنگ و هنر تحویل شود.
خیلی زود این بنای مرمت شده به عنوان دفتر برنامهریزی جشن‌های ۲۵۰۰ساله مورد بهرهبرداری قرار گرفت، با پایان جشن، باغ فردوس و مجموعه متعلق به آن به عنوان مرکز فرهنگی، هنری و نمایشگاهی در اختیار وزارت فرهنگ و هنر درآمد.
با وقوع انقلاب اسلامی، عمارت باغ فردوس مدت کوتاهی در اختیار سازمان صدا و سیما قرار گرفت. در سال ۱۳۵۸ با تغییر مالکیت، وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی متولی اداره آن شد و بدین ترتیب باغ و عمارت آن به عنوان مرکز آموزش فیلمسازی مورد استفاده قرار گرفت. در نهایت در ۲۸ شهریور ۱۳۸۱ با انتقال اسناد و مدارک موجود در موزه موقت سینما در خیابان لاله‌زار، با حضور رئیس جمهور وقت، به عنوان موزه سینما مورد بهره برداری قرار گرفت.
عمارت و باغ پیرامون آن در یازدهم مرداد ۱۳۷۶ خورشیدی به شماره ۱۸۷۶ به فهرست آثار ملی افزوده شد.
