Dès 1655-1656, avant même la construction du château, des premiers travaux de terrassement sont entrepris par Riquet dans le fond du parc. En mars 1657, les sieurs Salvy Faure et Bertrand Capas travaillent sur une large allée dessinée par Riquet lui-même, qui doit longer le grand bassin supérieur. En juillet 1657, le jardinier de Bonrepos, François Audiguier, est mandaté pour réaliser le jardin (allées, cabinets, vaisseaux, niches et parterres). En 1671, la présence de François Andréossy est attestée à Bonrepos : il s'occupe de faire construire un système d'adduction d'eau souterrain, et de faire édifier la terrasse au sud. La construction de la grotte de fraîcheur, non mentionnée, pourrait dater de cette période (1671-1673). Des factures au nom de Riquet indiquent, "après achèvement des terrasses", une importante commande de buis réalisée du 8 avril 1674 au 19 avril 1675.

En 1698 et 1699, son fils Jean-Mathias fait refaire une partie de la terrasse sud qui s'est effondrée. Le plan terrier levé en 1727 et dessiné en 1730 pour le compte de Marie-Louise de Montaigne, veuve de Jean-Mathias de Riquet, donne un état des jardins à cette date : cet état pourrait bien correspondre à celui commandé par Riquet lui-même. Sur ce plan, l'axe principal du jardin va du sud au nord et passe devant a façade sur parterres du château. Une vaste terrasse orientée au sud vers la vallée du Girou est ornée, sur la partie haute, de broderies de buis et d'un bassin. A l'est du château, s'étend un parterre compartimenté avec bassin. Le talus nord est occupé par des plantations régulières (vergers ? mûriers ?). Les bois couvre la Garenne. A cette date encore, l'ancienne chapelle qui ferme le parterre à l'est. Au-delà, le terrain est divisé en parcelles agricoles laniérées ne relevant pas du domaine.

L'agrandissement du parc est réalisé après 1757 par le petit-fils de Riquet : Jean-Gabriel Amable Alexandre. Sur le plan aquarellé du domaine, datable de la 2ème moitié du 18e siècle, le parc s'organise selon un nouvel axe transversal est-ouest, incluant les anciennes parcelles agricoles à l'est. Celles-ci font l'objet d'un traitement paysager avec allée centrale et contre-allées, aménageant une perspective vers l'horizon. Cet axe est-ouest traverse le château de part en part, mettant en valeur, en rez-de-chaussée, la transparence des vestibules. L'axe sud-nord est décalé et se prolonge désormais dans les jardins en terrasses grâce au déplacement des bassins et à l'aménagement de nouveaux escaliers. Ce plan très précis, fait mention de parterres, d'alignements et de dispositions diverses, telles que le bosquet à allées rayonnantes situé au nord-est du parc. Le bras inférieur du vivier y est transformé en un véritable canal bordé de plantations régulières. Le tracé actuel de la pièce d'eau ne paraît pas correspondre, cependant, au dessin géométrique qu'il en est fait. Exécuté assez tardivement (probablement vers 1770-1780), ce plan pourrait faire état des projets les plus tardifs sur le domaine, dont l'orangerie et l'embellissement du parc. Des achats importants de mûriers et d'arbres fruitiers sont notés en 1768 et 1771 : la culture des mûriers, très répandue tout le long du canal pour raison commerciale, a pu se développer à Bonrepos sur le versant nord du château orienté vers le vivier. Des interventions plus récentes peuvent se lire sur l'ensemble du parc : plantations de cèdres (19e siècle) sur ce même versant nord, platanes en quinconces sur la chaussée de terre séparant les deux bassins (début 20e siècle ?). A l'abandon depuis le milieu du 20e siècle, le parc est tombé progressivement en déshérence. Les opérations de débroussaillage menées par la municipalité depuis le rachat du domaine (2008) permettent à nouveau la lecture de sa composition.