Культурное озеленение появилось у подножия Ласнамяэского глинта во второй половине XVII века благодаря пяти влиятельным таллинцам, получившим разрешение на постройку своих летних мыз на территории, бывшей в то время городскими пастбищами. Участок, принадлежавший одному из них – городскому советнику Х. Фонне, назывался долиной Фонне (нем. Fonnental). В 1714 году эту территорию приобрел Петр I, который в качестве своей резиденции стал использовать здание, некогда бывшее главным зданием долины Фонне (с 1806 года – дом‑музей Петра I). К «Старому дворцу» вела аллея вековых деревьев, крестообразный сад ограничен с двух краев каналами, и в нем росли 12 «драгоценных заграничных деревьев» – конских каштанов.

Очевидно, Петр заранее планировал по достижении мира начать создавать здесь дворцово-парковый ансамбль, подобный Петергофу. Убедившись в своей победе в Северной войне, он нанял из Рима на русскую службу архитектора Никколо Микетти; одновременно 22. июля 1718 было выбрано подходящее место для нового дворца и обрамляющего его парка.

Регулярные сады с итальянскими-французскими-голландскими полосками газонов занимали лишь часть парка. Преобладал природный каменистый ландшафт с древней дубравой, полянами и одиночными группами деревьев, откуда прогулочными дорожками вели аллеи. В дубовой роще и сейчас растет 30 древних, старше самого дворца, деревьев. В районе Аполлоновой лужайки располагался сад каштанов, куда на несколько лет высаживали привезенные из Голландии молодые деревья, чтобы они привыкли к более холодному климату, прежде чем их вывозили в Петербург.

Три ступени, спускающихся к морю, создали в парке природные предпосылки для многоуровневого решения дворца и его окрестностей. Перед дворцом был запланирован Нижний сад, а позади, на краю полуискусственного уступа, будто на подиуме, расположились дворец и два его крыла. Второй уступ, позади дворца, стал Цветочным садом, заканчивавшимся фонтанной стеной – Миражной стеной. На третьем, самом высоком уровне находилось Миражное озеро. Части сада на двух уступах позади дворца назывались Верхним садом.

По желанию Петра I в парке могли свободно находится все желающие, таким образом, царский парк с самого начала был публичным парком.

Нижний сад с его более сложной композицией имел крестообразную форму и был разделен тремя продольными аллеями и аллеями, пересекавшими их под углом. Центральная продольная аллея соединялась с центральной осью главного здания дворца. На местах пересечения аллей были запроектированы фонтаны. Сбоков сад был обрамлен сетчатыми проходами (трельяжами), а через каналы, ограничивавшие сад, были перекинуты узкие арочные мостики. Со стороны города Нижний сад заканчивался деревянной колоннадой, выстроенной по дуге, перед которой тоже был фонтан. Сетчатые проходы и деревянная колоннада закрывали сад с боков и с конца, направляя внимание на дворец, крылья дворца и связывающие их стены с лестницами. За дугой каналов Нижнего сада располагались два симметрично расположенных дома отдыха (увеселительных дома). Перед дворцом были разбиты десять узорчатых клумб (цветочных партеров). Между ними была насыпана кирпичная крошка, дорожки были покрыты песком. На клумбах были высажены розы, гвоздики, тюльпаны, нарциссы, а вечнозеленые края были составлены из кустиков клюквы и подстриженных туй.

Верхний сад, или т.н. Цветочный сад, образовывал внутренний двор за дворцом, и стороны двора были также ограничены сетчатыми проходами. Цветы, росшие в партерах, и насыпанная между клумбами кирпичная крошка создавали контраст с зеленью и гармонировали со стенами дворца в «марсовом красном». Самой эффектной частью Цветочного сада должна была стать Миражная стена со скульптурами Олимпийских богов. К ее панелям были прикреплены фонтаны в виде человеческих лиц (фонтаны-маскароны), в центре стены была создана водная лестница (Малый каскад).

На более высоком уступе Верхнего сада был вырыт Миражный пруд, окруженный декоративно оформленной оградой (балюстрадой); задуманный для острова посередине пруда сужающийся кверху монумент (обелиск) выполнен не был. За прудом главная ось дворца и регулярного парка должна была продолжиться каналом, который заканчивался бы большой водной лестницей (каскадом), с круто падающей из искусственного канала Ласнамяэ водой. Из озера Юлемисте даже был прорыт канал, снабжавший водой все пруды, бассейны, каналы и «водные игры» парка Кадриорг. По замыслу Петра I художественные каскады парка должны были восхищать посетителей множеством скульптур и водных игр. К сожалению, после смерти Петра I (28 января 1725 г.) российский двор не был заинтересован в полной реализации крупно­масштабных планов реформатора. Было лишь приказано «сохранить имеющееся, довести до конца незаконченные работы, но не начинать новых». Успели лишь провести несколько аллей и прогулочных дорожек с павильонами для отдыха и беседками. Во второй половине XVIII века на склоне рядом с каскадом была выстроена т.н. Екатерининская (Katariina) лестница, которая спускалась с Петербуржского шоссе прямо ко дворцу.

Несмотря ни на что, дворцовопарковый ансамбль Кадриорга стал самым масштабным и стильным сооружением в стиле барокко в Эстонии. Дворец и парк стали образцом для эстонской аристократии при строительстве господских домов и регулярных парков на их мызах.

Изначальная планировка парка сохранилась до конца XIX века, хотя подстригание деревьев и обновление деревянных парковых построек прекратились уже в конце XVIII века. Вместо озеленения Нижнего сада со временем образовался темный сад, напоминающий дикую рощу.

В 1897 году директор садов и парков Риги Г. Купхальдт составил проект по обновлению парка. В соответствии с английским парковым стилем было решено отдать предпочтение более вольному подходу. В 1897−1900 годах природная дубрава была очищена от поросли, были насажены новые группы деревьев, открыты и облагорожены виды на море. Были проведены новые пешеходные дорожки и окружная дорога на уступ Лимнеамере. В регулярном парке была выровнена поверхность земли Нижнего сада, засыпана часть каналов водных игр, однако в общих чертах эта часть парка осталась без изменений.

В 1902 году в конце Морской аллеи, на берегу моря, был установлен созданный Амандусом Адамсоном памятник кораблю «Русалка», затонувшему в 1893 году.

План перспективной планировки парка и создания народного парка, представленный во время Эстонской Республики в 1924 году, предусматривал для парка как можно меньше зданий, максимальное внимание следовало уделять элементам озеленения. Благоустройство парка было начато в 1934 году. I приз в организованном для этого конкурсе проектов завоевал A. Соанс. Однако при оформлении парка были воплощены лучшие решения из различных конкурсных работ. В проектировании благоустройства парка была задействована и берлинская садоводческая фирма Л. Спета.

Площадка Лебединого пруда была оформлена в крестообразную зеленую лужайку, на островке в центре пруда была выстроена ротонда с колоннами (автор В. Сейдра). Был заложен новый декоративный сад, т.н. треугольник Кивисилла (Kivisilla), а также был разбит газон со скамейками, солнечными часами и пестрыми цветочными клумбами в цветах эстонской народной одежды. В юго‑восточной стороне от Лебединого пруда был выстроен Молодежный парк, возле главного здания которого располагались плавательные бассейны, песочницы и игровые площадки. На краю уступа в части парка, обращенной к Ласнамяэ, была построена концертная площадка. Извилистая тропинка, начинавшаяся у Лебединого пруда и пролегавшая через парк, на склоне уступа образовывала красивые ступеньки с клумбами из многолетних цветов и альпийскими горками по краям. Фонтанный бассейн привносил водный мотив. На лужайке слева от площадки была установлена скульптура Аполлона Бельведерского (отсюда и название – Аполлонова лужайка), привезенная в 1937 году из парка мызы Алатскиви. Миражный пруд был ликвидирован. Сеть дорожек была оформлена в стиле нео‑барокко, на нижней террасе были устроены фонтан и Розовый сад. В опорные стены террас были запроектированы ниши для бюстов президентов Эстонии. В завершение Верхнего сада было выстроено здание Президентской канцелярии (автор A. Котли). Территория между дворцом и Президентской канцелярии было обнесено оградой. В Нижнем саду были засыпаны каналы и обдернена часть диагональных дорожек. Ближайшие окрестности дворца были окружены кованой оградой. Земля для работ по благоустройству была взята из северо-восточной части парка, и был образовн Северо‑восточный пруд, окруженный многолетними цветами; в пруд был отведен ручей с каменистым склоном – Маленькое волчье ущелье (Väike Hundikuristik).

В парке Кадриорг мы видим приемы паркового оформления, характерные для XVIII, XIX и XX веков,

В 1990 году город Таллин образовал Малое предприятие парка Кадриорг, под руководством которого были начаты благоустройство и реставрация парка. Морская и Воронья аллеи, а также Северо‑восточный и Лебединый пруды вместе с территориями вокруг них, были полностью отреставрированы. К моменту открытия дворца после реставрации в качестве художественного музея в 2000 году был открыт и восстановленный Цветочный сад с фонтанами позади дворца. Миражная стена была отстроена парой лет позже, и в 2005 году в каскадной нише была установлена бронзовая скульптура M. Кармина «Посейдон». В тот же год вместо прежней альпийской горки был разбит новый розовый сад (5600 роз) и восстановлен фонтан. В 2006 году в ниши в опорной стене террас Верхнего сада были установлены бюсты президентов K. Пятса и Л. Мери, как это и было предусмотрено проектом оформления парка от 1938 года. В тот же год была приведена в порядок и территория вокруг Лебединого парка.