Dès l’Antiquité, l’être humain s’est rendu compte que l’interaction avec l’animal possédait des vertus thérapeutiques. Par exemple, les Grecs et les Romains ont reconnu le potentiel curatif des chevaux, des chiens et d'autres animaux pour soulager le stress et améliorer l'humeur. Au Moyen Âge, on rapporte que les chevaliers blessés guérissaient plus rapidement lorsqu'ils étaient en compagnie d'animaux. Les animaux étaient déjà utilisés à cette époque pour offrir du réconfort aux personnes malades ou handicapées.
La zoothérapie s’est structurée aux XVIIIe et XIXe siècles, lorsque les institutions médicales ont commencé à introduire des animaux afin d’aider les patients atteints de troubles mentaux ou physiques. L'un des pionniers de la zoothérapie moderne est le psychiatre britannique William Tuke, fondateur du York Retreat en 1796, un « asile d’aliénés » non violent qui pratiquait des « méthodes de traitement humanitaires », notamment par la présence d'animaux pour apaiser les patients.
C’est dans les années 1960 que certains thérapeutes comme le psychanalyste Boris Levinson commencent à observer que la présence du chien facilite la communication et le lien avec certains patients, en particulier les enfants autistes et les enfants atteints de troubles du comportement.
C’est seulement en 1980 que des recherches en psychologie ont révélé les bienfaits de la thérapie assistée par l’animal. Les premières études scientifiques ont montré que la présence d'un animal pouvait réduire l'anxiété, améliorer l'humeur, augmenter la socialisation et faciliter l'expression émotionnelle chez les personnes atteintes de troubles psychologiques tels que la dépression, l’anxiété ou le stress post-traumatique. Les décennies suivantes, les animaux en tant qu’outils thérapeutiques ont d’abord été intégrés aux prises en charge des enfants autistes, des vétérans souffrant de traumatismes de guerre, des personnes âgées et des patients atteints de troubles mentaux tels que l'anxiété, la dépression, les troubles de l'attachement et bien d’autres encore.