En 1852, Napoléon III cède le bois de Boulogne à la ville de Paris, à charge pour elle d'en faire en quatre ans une promenade. Alphand et Barillet-Deschamps y dessinent un paysage à l'anglaise : l'Ouest parisien a son jardin.
L'ancienne forêt royale, close d'un mur sous Henri II et Henri III, sert longtemps de terrain de chasse et de fête. François Ier y fait bâtir le château de Madrid ; Henri IV y plante quinze mille mûriers pour lancer une industrie de la soie ; le comte d'Artois, sur un pari avec Marie-Antoinette, y élève en deux mois la folie de Bagatelle. En 1814 et 1815, les armées coalisées y campent et brûlent les arbres ; en 1840, l'enceinte de Thiers en ampute la partie est.
La Ville commence les travaux en 1853 avec l'architecte Jacques Ignace Hittorff et le paysagiste Louis-Sulpice Varé. L'empereur veut une rivière comme la Serpentine de Hyde Park, mais Varé a oublié un dénivelé de six mètres : la rivière aurait asséché le haut et noyé le bas. Haussmann, devenu préfet de la Seine, le congédie et confie le bois à l'ingénieur Adolphe Alphand et au paysagiste Jean-Pierre Barillet-Deschamps. La rivière devient deux lacs, reliés par une cascade ; on remodèle les sols, on plante deux cent mille arbres, on trace des chemins sinueux entre les rocailles. La Grande Cascade, faite de rochers de Fontainebleau, tombe de sept mètres et demi ; Gabriel Davioud dessine kiosques et pavillons de garde.
Le bois devient la promenade des beaux quartiers. Entre 1855 et 1858, on construit l'hippodrome de Longchamp ; en 1865, le Cercle des patineurs obtient la concession d'un lac ; l'hippodrome d'Auteuil ouvre en 1873. À la pointe sud, le duc de Morny mène, sous la surveillance d'Haussmann, une vaste opération immobilière de luxe. Les clubs privés s'y installent l'un après l'autre : Racing, polo, tir aux pigeons. À l'est de Paris, Haussmann promettra aux ouvriers leur propre bois.
Le bois a aussi ses heures sombres. Pendant la Semaine sanglante, le général de Galliffet trie des prisonniers qui sont emmenés dans le bois pour y être fusillés sans jugement. En août 1944, à la Grande Cascade, trente-cinq résistants tombent dans un piège de la Gestapo. Propriété de la Ville depuis 1852, le bois n'est rattaché à Paris qu'en 1925 et 1929, au 16e arrondissement ; il est classé en 1957.
