La conception d'un jardin botanique avec pépinière, à Tarbes, remonte au 18e siècle. En 1825, Placide Massey (1777-1853), natif de Tarbes, va donner corps à ce projet. Assistant en pharmacie, formé à la botanique par Ramond de Carbonnières, il devient aide-naturaliste au Jardin des Plantes de Paris puis Intendant des Jardins de la Reine Hortense en 1808, inspecteur des Parcs et Jardins royaux en 1817 et enfin directeur en 1819 des Pépinières du Trianon, du Potager de Versailles et du Fleuriste de Sèvres. Il acquiert à Tarbes, entre 1829 et 1852, 11 ha de prairies et de métairies au nord de la ville pour y réaliser un arboretum composé de collections d'essences rares (les arbres les plus anciens du site datent de cette période). Massey conçoit son jardin selon l'esthétique du jardin paysager d'importation anglaise. En 1843, le ""jardin Massey"" suscitait déjà l'estime de Victor Hugo (Voyage aux Pyrénées). Placide Massey revient définitivement de Paris en 1850 pour multiplier les plantations du jardin et entretenir sa pépinière de collection. C'est alors qu'il confie la construction de sa demeure à l'architecte Jean Jacques Latour. Mais Placide Massey meurt en 1853 en laissant son oeuvre inachevée, ayant laissé ses principales instructions à son architecte et à son principal collaborateur horticulteur Jean-Noël Carrazé. Les travaux en cours sont interrompus, notamment le jardin d'hiver qui devait être adossé à la façade principale de la tour d'observation.
Par testament, Massey lègue à la Ville tout ce qu'il possède dans la commune de Tarbes (jardin, maison, pépinières, prairies) afin d'assurer l'entretien et la mise en valeur de son oeuvre. La municipalité s'oriente vers un projet de jardin public, procédant à l'achat de nouveaux terrains en vue de son extension. L'architecte Jean-Jacques Latour, qui termine la demeure en 1862, est chargé de dresser le projet d'agrandissement du parc avec, notamment, le creusement d'un lac (1866-1867). En remplacement du jardin d'hiver, le Conseil Municipal décide en 1880, de construire une serre à l'architecture de fer et de verre (1882). Le tracé des allées, sauf dans la partie d'origine nord-ouest, est modifié pour homogénéiser le jardin étendu (cf. plan de 1893). La plupart des plantations datent de cette période. Les anciens murs de galets sont remplacés par des grilles en 1880. En 1890, les vestiges d'un cloître gothique (13e et 14e siècles ?) rachetés à l'abbaye Saint-Sever-de-Rustan sont remontés dans le parc par l'architecte Boeswilhvald. La célèbre allée des palmiers Chamaerops est plantée vers 1910. Au fil des ans, des sculptures diverses viennent agrémenter les pelouses, telles le Buste de Massey, le Saint Christophe de Coutan, le Buste de Jules Lafforgue, oeuvre de Firmin Michelet, l'Ouragan en bronze de Edmond Desca, le Tâcheron en marbre de Ludovic Durand, le buste de Théophile Gautier. Un kiosque à musique complète en 1904 le jardin dont la demeure est devenue le Musée Massey. Le chalet en bois de la buvette est installé en 1953.
