Le premier document authentique mentionnant la forêt de Vilcena est un titre de l'abbaye de Saint-Maur datant de 847. À cette époque, elle dépendait de l'évêché de Paris. Au XIe siècle, elle devient propriété de la couronne, et ses limites correspondent sensiblement à celles d'aujourd'hui.En 1164, le roi Louis VII fait venir du couvent de Grandmont, en Limousin, des religieux "Bonshommes" et leur concède un territoire entouré de fossés dans le bois de Vincennes, à l'emplacement actuel du lac des Minimes.

En 1183, Philippe Auguste reconstitue le Bois sur lequel les religieux des abbayes environnantes avaient empiété jusqu'à le réduire à 50 arpents. Il le fait ceindre d'épaisses murailles et l'approvisionner en gibier. Enfin, à l'emplacement d'un ancien rendez-vous de chasse des rois de France, il bâtit un manoir, point de départ du futur château de Vincennes.

Puis Saint Louis fait reconstruire le manoir et élever la première chapelle.

Philippe III le Hardi, Charles IV le Bel et Charles V poursuivent la politique de Philippe Auguste visant à rétablir le Bois dans son intégrité.

Charles V achève la construction du donjon du Château, entreprise en 1337 par Philippe VI, ajoute à l'ensemble une enceinte jalonnée de hautes tours et édifie une nouvelle chapelle qui sera terminée sous François Ier.

Au cours de l'hiver 1419, durant la Guerre de Cent ans, la misère est si grande que le Parlement ordonne des coupes dans le bois de Vincennes. En 1475, Louis XI charge Olivier Le Daim de faire planter 3 000 chênes.En 1551, Henri II fait procéder, lui aussi, à des plantations de chênes et à des semis de glands.

Sous Louis XIV, le parc est agrandi et le château embelli : l'architecte Le Vau élève les pavillons du Roi et de la Reine.Louis XV charge Alexandre Lefebvre de La Faluère du reboisement de Vincennes.

Le Bois perd son caractère de forêt inégale, on distingue dès lors le tracé des avenues rectilignes et des ronds-points. Cette transformation est commémorée par l'obélisque de l'actuelle route du Polygone. C'est également Louis XV qui ouvre au public le bois de Vincennes. La forêt est toujours une réserve de chasse et le roi a réglementé les coupes qui doivent régulièrement en assurer la durée. Louis XVI se contente d'entretenir les arbres.

La Révolution de 1789 entraîne la destruction du gibier et le pillage du Bois , jusqu'à ce qu'une loi y mette un terme en 1791. Le Bois est alors distrait de la couronne et classé bien national.

En 1794, l'établissement d'un polygone d'Artillerie constitue la première atteinte à l'intégrité du Bois.

En 1808, Napoléon Ier transforme le Château en arsenal. Il détruit huit tours qui flanquaient l'enceinte, n'épargnant que la tour du Village. Il créé également des champs de tir, transformant Vincennes en camp retranché pour la protection de Paris.

Sous la Monarchie de juillet, le Bois demeure la promenade des Parisiens, mais subit toujours d'importantes mutilations du fait des aménagement militaires. De 1831 à 1848, le Château est complètement défiguré.

Il devient l'annexe, en 1840, d'un nouveau fort, plus important, construit à l'Est, sur de larges surfaces boisées. En 1843, enfin, de grands défrichements sont entrepris pour former un champ de manœuvre de 166 hectares entre le Fort-Neuf et la Marne. Une importante partie de la forêt est ainsi détruite et le bois scindé en deux parties.

Avec Napoléon III, la militarisation de la forêt se poursuit, mais parallèlement, l'empereur, sur le modèle du bois de Boulogne, conçoit un plan d'aménagement et d'embellissement pour le Bois de Vincennes. Ce projet est confié en 1857 à Alphand. Celui-ci conserve la trame générale, mais transforme en parc anglais les pelouses et les espaces vides, et les relie par des chemins sinueux.

De 1857 à 1860, il creuse ou aménage, successivement, trois lacs : le lac des Minimes et ses trois îles, le lac de Gravelle et le lac de Saint-Mandé.

Le 24 juillet 1860, la ville de Paris ayant sollicité la possibilité de poursuivre les travaux, un sénatus-consulte lui cède le Bois, à charge pour elle d'y réaliser d'autres lacs et allées. Ainsi naîtront le lac Daumesnil et les îles de Bercy et de Reuilly.

En 1867 , le préfet Haussmann crée l'école municipale d'arboriculture de Saint-Mandé, près de la porte Daumesnil . Elle sera transférée, en 1936, au Sud-Est du Bois, et baptisée école du Breuil, du nom de son premier directeur.

1870 et les années qui suivent sont une période sombre pour Vincennes : civils et militaires pillent le Bois, tant pour se chauffer que pour les besoins de la guerre.

Un centre de pyrotechnie est installé, en 1874 à la Cartoucherie, tandis que de 1889 à 1890, le quartier de Cavalerie Carnot est construit devant l'esplanade du Château.

Avec la Seconde guerre mondiale, on assiste à la remilitarisation complète de Vincennes et à l'occupation du Château par les troupes allemandes.

Après 1945 , un effort est fait pour reprendre à l'Armée une partie de ses terrains et rendre au Bois sa vocation forestière. En 1980 , une vaste campagne de réhabilitation du Bois a été entreprise par les Direction des parcs, jardins et espaces verts de la Ville de Paris, avec notamment, l'aménagement paysager des plaines de sport, la création d'enclos de reboisement, la réfection des pièces d'eau, la fermeture à la circulation automobile de plus de 30 Km de voies, et le percement de l'allée Royale, selon le plan des "chasses royales" de Louis XV.

Partant de l'esplanade du Château, cet axe central, de 1 360 m de long et de 100 m de large, est constitué d'une pelouse bordée de chaque côté d'une double rangée de platanes, les terrains au pourtour étant aménagés en massifs forestiers.

La tempête du 26 décembre 1999 a malheureusement eu de pénibles conséquences pour le bois de Vincennes. 130 hectares de zones forestières ont été ravagés, 1000 arbres d'alignement, 2600 arbres dans les espaces jardinés, et près de 8 kilomètres de cheminements, berges de lacs et pistes cyclables endommagés. Les interventions prioritaires ont d'abord porté sur la sécurisation des accès au bois et des bâtiments existants, ainsi que sur la réouverture des voies principales. D'une manière générale, la ville de Paris envisage aujourd'hui de réduire sensiblement la circulation automobile à travers le bois.