Fondée en 1853, la Société d’Horticulture d’Eure-et-Loir décide en 1856 d’utiliser une partie de ses ressources à la création d’un jardin expérimental. Elle choisit de l’établir dans le quartier des Grands Prés, assez loin de la ville, mais dans un lieu pittoresque.
Depuis longtemps, la Vallée de l’Eure jusqu’à Lèves était la promenade favorite des chartrains. La S.H.E.L. devient locataire de la propriété Beaurepaire en 1856 et le 20 septembre 1886, la propriété est adjugée à la Société d’Horticulture pour la somme de 25000 francs. Il y avait d’importants travaux à exécuter. La nature accidentée du terrain permit de faire un choix varié des essences arbustives et de créer une perspective large en légère plongée, en utilisant comme point bas un petit plan d’eau et sa rivière alimentée par une source aux eaux limpides. Le paysagiste chartrain, Eugène Heurtault, dessina le jardin.
Depuis 1954, une convention lie la S.H.E.L. à la ville de Chartres qui en assure l’entretien et le fleurissement. Aujourd'hui, la ville de Chartres est devenue propriétaire du jardin ; la société d'horticulture assure des animations et des visites guidées.En portant son regard sur l’ensemble du jardin, le promeneur découvre des arbres magnifiques plus que centenaires issus des premières plantations et des sujets plus jeunes liés à la restauration du jardin au milieu du 20ème siècle.
Avec plus de 90 espèces, variétés et cultivars des régions tempérées, le visiteur peut partir à la découverte des arbres des Amériques, d’Asie, d’Europe et du bassin méditerranéen.
En 2025, le ginkgo biloba a été labellisé "arbre remarquable".