Proses berdirinya GEMBIRA LOKA memakan waktu relatif lama, yaitu sekitar 20 tahun. Gagasan tersebut baru dapat terealisasikan oleh Sri Sultan Hamengku Buwono IX dengan mempercayakan perencanaan pembangunan Kebon Rojo kepada seorang ahli bangunan dari Belanda yang bernama Ir. Karsten.
Ternyata, rencana pembangunan Kebon Rojo kembali harus tertunda akibat meletusnya perang dunia II yang melibatkan Belanda, sehingga berimbas pula kepada Indonesia sebagai jajahannya. Karena situasi yang tidak memungkinkan ketika itu, tertundanya rencana pembangunan Kebon Rojo tersebut berlanjut sampai dengan penjajahan Jepang di Indonesia berakhir.
Baru pada tahun 1953 rencana pembanguan Kebon Rojo dapat terwujud yang ditandai dengan berdirinya Yayasan “GEMBIRA LOKA Yogyakarta” melalui akte Notaris RM. Wiranto Nomor 11 Tanggal 10 September 1953. Maka sejak itulah rintisan berdirinya GEMBIRA LOKA Yogyakarta dimulai. Pengerjaan tanah GEMBIRA LOKA yang berlokasi di sisi barat sungai Winongo atau masuk wilayah kampung Warungboto, pertama kali dilakukan tahun 1955. Selang empat tahun kemudian, KGPAA Paku Alam VIII selaku Ketua Yayasan GEMBIRA LOKA Yogyakarta menunjuk Tirtowinoto untuk melanjutkan pengembangan dan pembangunannya. KGPAA Paku Alam VIII sengaja menunjuk Tirtowinoto karena dinilai memiliki minat besar untuk membantu perkembangan GEMBIRA LOKA dengan mencurahkan tenaga, pikiran dan dana dari kantung pribadi yang tidak sedikit.
Berkat ketekunan Tirtowinoto pula, GEMBIRA LOKA akhirnya mengalami kemajuan dan perkembangan pesat, terutama pada era 70 hingga 80-an. Bahkan, satwa yang dikoleksi juga semakin lengkap, sehingga pengunjung GEMBIRA LOKA sempat mencapai puncaknya pada tahun 1978 dengan datangnya satwa baru kuda nil, yaitu mencapai lebih dari 1,5 juta orang. Namun, setelah itu, pengunjung GEMBIRA LOKA cenderung kian menurun, antara lain akibat krisis moneter tahun 1998. Celakanya, di tengah upaya pengelola GEMBIRA LOKA untuk menarik kembali minat pengunjungnya, tahun 2006 gempa bumi dahsyat mengguncang wilayah DIY dan sekitarnya. GEMBIRA LOKA pun tidak luput dari hantaman gempa bumi yang meluluhlantakkan dan diperparah dengan lahar dingin yang membanjiri sungai Gajah Wong sehingga sebagian besar sarana dan prasarana yang dimiliki, termasuk beberapa fasilitas pendukung lainnya rusak berat. Seiring dengan perkembangan dan tuntutan zaman, kini Yayasan GEMBIRA LOKA terus berbenah. Akte berdirinya Yayasan pun kemudian diperbaharui dan disempurnakan melalui Notaris Tabitha Sri Jeany, SH, Mkn Nomor 19 Tanggal 18 Mei Tahun 2007. Bahkan Yayasan GEMBIRA LOKA sekarang menggandeng PT Buana Alam Tirta untuk pengelolaan dan pengembangan GEMBIRA LOKA.