Сооружение комплекса теплиц и оранжерей началось во времена царствования Елизаветы Петровны, когда после восшествия её на престол в 1741 году Царское Село было признано летней официальной резиденцией царицы. Теплицы верхнего сада в истории хозяйственного комплекса дворца занимали особенное положение. Они не располагались на землях Верхнего сада, а только прилегали к нему.
Рядом с теплицами высаживались в открытый грунт плодовые деревья и ягодные кустарники, поваренная зелень, множество огородных растений, которые затем поставлялись к царскому столу.
Последующие полвека Верхние теплицы поэтапно перестраивались. Прежде всего, значительно увеличилась площадь оранжерейного сада. Затем, в конце восемнадцатого столетия, были сооружены три линии тепличных строений и начала строиться сначала Зверинская оранжерея, затем прокладываться Сиреневая аллея. Вокруг появились живописные цветники и прекрасные водоёмы.
По велению Елизаветы Петровны, в сад никого под страхом выстрелов из ружья горохом, не пускали. К нему был приставлен караул.
В новом саду, по письменным свидетельствам, в 1762 году были сотни плодоносных яблонь, средних и больших вишнёвых деревьев, штамбовых лип и берёз, многочисленные кусты смородины, малины, крыжовника, орешника, десятки кустов розанов, сирени, барбариса.
В 1819 году, когда сносили Зверинскую стену, было принято решение оставить её часть как заднюю стенку новой вишнёвой оранжереи, возводимой по личному проекту архитектора А. Менеласа. На остатках стены был разобран карниз, после чего её надстроили в высоту ещё на один аршин. При надстройке употребили кирпич из разобранной части Зверинской стены. Часть новой теплицы выстроили в 1819-1820 годах, вторую часть - в 1822-1823 гг., а ещё две части достроили спустя некоторое время - в 1826-1827 годах.
В советский период оранжерейный сад пришёл в упадок и в качестве объекта ландшафтной архитектуры не рассматривался. На инвентаризационных планах города Пушкина он отсутствовал.
В 2010-2011 годах был представлен проект реставрации тепличного комплекса Александровского парка. Согласно нему, оранжерейный сад будет включать в себя и огород, и цветники.