Zanim powstał park, ulubionym miejscem spacerowym mieszkańców Lwowa był Wysoki Zamek. Od północy, na stokach zamkowych, mieściło się sanatorium „Kisielki”, w którym w 1910 roku zmarła Maria Konopnicka. Tereny obecnego parku nazywano wówczas Przedmieściem Stryjskim, a teren ten należał do miasta jeszcze z nadania Kazimierza Wielkiego w połowie XIV wieku. 

Obszar ten pokrywały trzęsawiska i zarośla, nie nadawał się on ani na pastwiska, ani pod zabudowę. Był niedostępny, ponury i niebezpieczny, ponieważ służył za schronienie zbiegom ukrywającym się przed wymiarem sprawiedliwości. W II poł. XIX wieku, po utworzeniu Autonomii Galicyjskiej, władze starały się zadbać o status miasta, traktując priorytetowo wszystkie inwestycje, które miały służyć wyróżnieniu miasta jako stolicy Galicji. Zagospodarowanie terenów zielonych i utworzenie nowoczesnego, obszernego parku należało do ważniejszych inicjatyw tego okresu. Zaniedbany teren dawnego cmentarza zaczął być porządkowany przez miasto dopiero w połowie lat 70. XIX wieku z inicjatywy radnego Stanisława Niemczynowskiego (1887-1891 ) – powstańca styczniowego, prezesa Izby Rękodzielniczej, mistrza krawieckiego i radnego Lwowa. Przygotowanie projektu zlecono inspektorowi ogrodów miejskich, Arnoldowi Röhringowi. Położony w południowej części miasta „na 83 morgowej [według innych źródeł było to 86 morgów – ABR] przestrzeni, poprzerzynanej głębokiemi jarami i dominującymi wzniosłemi wzgórzami”, park stał się ozdobą miasta. Jego parterowa część powstała w miejscu dawnego cmentarza Stryjskiego, utworzonego w 1784 roku, jednak funkcjonującego tylko do roku 1823, gdy założono nowy cmentarz przy obecnej ulicy Stryjskiej. Franciszek Jaworski, pisał w 1910 roku w pracy Lwów stary i wczorajszy: 

„Jeszcze przed laty dwudziestu była w tem miejscu pustka romantyczna, nieprzebyty splot wąwozów, jarów, gliniastych wydm, siedlisko wszelakiego rodzaju włóczęgów, a czasami widownia harców krewkiej młodzieży, która bez żadnego nadzoru starszych ćwiczyła się w strzelaniu z broni palnej i urządzała ulubione onego czasu zabawy w »żandarma i zbója«. Opuszczony fort austriacki był jedynym śladem ręki ludzkiej. Dopiero na kilka lat przed wystawą krajową z r. 1894 począł magistrat zalesiać pustkowia, a sama wystawa dokonała reszty.”  

Projekt parku zakładał założenie centralnej alei grabowej, utworzenie sztucznego stawu, liczne nasadzenia drzew liściastych, iglastych i krzewów ozdobnych. W 1888 roku tak pisał o znaczeniu parku w sprawozdaniu O stosunkach zdrowotnych w mieście Lwowie lekarz miejski, dr Antoni Pawlikowski: 

„Pod względem hygienicznym Park Kilińskiego ma dla Lwowa niemałe znaczenie, bowiem zadrzewienie tegoż składa się przeważnie z drzew iglastych (około 35 tysięcy drzew), które gdy się rozrosną na większe drzewa wydzielać będą wiele żywicznej woni. Zdrowe i czyste powietrze pochodzące z pól i łąk, któremi park jest otoczony zachęca publiczność do tłumnego odwiedzania go i tworzy już dziś najulubieńsze miejsce dla spacerującej publiczności. […] Ponieważ grunta wuleckie sprzyjają kulturze drzew szpilkowych, to takowe będą tam uprawiane i już w roku bieżącym zasadzono znaczną przestrzeń temiż drzewkami. Park Kilińskiego posiada wiele gatunków drzew i krzewów swojskich i egzotycznych, które zostaną wkrótce tabliczkami oznaczone celom zapoznania publiczności a szczególniej młodzieży z nomenklaturą roślin drzewnych, rozbudzając tym sposobem zamiłowanie do nauk przyrodniczych.” 

Na terenie parku posadzono ok. 40 tys. drzew, w tym liczne klony, kasztanowce karłowate, olchy, buki, brzozy, kilka gatunków dębów, akacje, wierzby, jarzębiny i lipy. Z drzew i krzewów iglastych rosły tam sosny, świerki, choiny kanadyjskie, cyprysy, żywotniki, jałowce, cisy i modrzewie. Do krzewów ozdobnych zaliczyć można mahonię pospolitą, dereń biały, leszczynę czerwoną, głóg, karaganę, oliwnik, rokitnik, czarny bez oraz jaśminowiec. Gdy w 1894 roku otwarto Wystawę Powszechną, która gościła setki tysięcy osób, pawilon miasta Lwowa zbudowany według projektu Juliusza Hochbergera z wystawy przeniesiono później do parku i otwarto w nim restaurację, w której latem można było posiedzieć przy muzyce. Tłumy Lwowian przychodziły tu na spacery, zaś zimą na stokach oddawano się szaleństwom na nartach i sankach. W 1925 roku krajoznawca i popularyzator turystyki, Mieczysław Orłowicz, tak pisał o parku:  „Jego terenem są górzyste stoki kilku wąwozów okryte malowniczymi grupami drzew z klombami kwiatów, sztuczną ruiną zamków, stawkiem i restauracją […]”. Wspomniane ruiny powstały z resztek dawnego mostu, kamiennych słupów granicznych, a także… nagrobków ze starego cmentarza. Staw w parku nadal istnieje i pozostaje jednym z ulubionych miejsc mieszkańców Lwowa, którzy odwiedzają to miejsce z dziećmi, aby pokarmić łabędzie i ryby oraz odpocząć na pobliskich ławkach.  

Okres I wojny światowej, a następnie wojny z bolszewikami przyniósł straty i zniszczenia całemu miastu, w tym parkom miejskim. W trakcie działań wojennych na park spadł austriacki samolot, a w listopadzie 1918 roku na terenie parku pochowano poległych strzelców ukraińskich, ekshumowanych po wojnie i przeniesionych na Cmentarz Janowski. Jerzy Bandrowski pisał w 1921 roku: 

„Park Kilińskiego i Plac Powystawowy zmienił się w pobojowisko, na którem walczyły ze sobą wrogie łańcuchy strzeleckie. Huczały strzały karabinowe w tym tak miłym zakątku Lwowa jak zresztą w całym Lwowie – i Plac Powystawowy był wówczas placem boju. Musiał być wówczas smutny nadzwyczajnie... Pustka i te bezlistne, nagie konary drzew... Jesienna słota, szaruga, zimno, strzały karabinowe i ten żałosny tragizm.” 

W 1922 roku prasa donosiła, że pomniki w parku rozpadają się, a z powodu niszczenia zieleni przez wandali powstał nawet w 1924 roku plan, aby otoczyć trawniki drutem kolczastym. Na szczęście znalazły się pieniądze na uporządkowanie parku po wojnie, a w 1922 roku powstała nawet skocznia narciarska, na której zorganizowano mistrzostwa Lwowa. Latem 1924 roku uporządkowano dolny taras parkowy, a park zmienił się w prawdziwą wizytówkę miasta. Magistrat zakupił także nowe ławki i śmietniki.  

Warto wyjaśnić również, skąd pochodzi dawna nazwa parku. Upamiętniała ona pułkownika wojsk kościuszkowskich, Jana Kilińskiego (1760-1819), z zawodu szewca. Dzięki ofiarności mieszkańców w dolnej części parku stanął pomnik dłuta lwowskiego rzeźbiarza, Juliana Markowskiego. Już same dzieje pomnika są niezwykle ciekawe. Po akceptacji przez władze miasta gipsowego modelu pomnika, do parku trafił ogromny nieobrobiony głaz o wymiarach 5 X 5 m, który nie bez licznych perypetii udało się przewieźć na miejsce przeznaczenia wozem zaprzęgniętym w osiem par wołów. Następnie, po otrzymaniu funduszy na realizację prac, Markowski wraz z pomocnikami przystąpił do obrabiania kamienia, a że zaczął dopiero w 1892 roku, nie udało się ukończyć rzeźby tak, jak planowano, czyli przed otwarciem Wystawy Powszechnej, która przypadała w rocznicę insurekcji kościuszkowskiej (1894). Pomnik stanął na piedestale dopiero jesienią 1895 roku – i od początku wzbudził szereg kontrowersji. Postać Kilińskiego została ukazana w całości, w prawej ręce pułkownik dzierżył szablę, w lewej zaś sztandar. Historycy sztuki i znawcy uznali pomnik za przestarzały w formie i zbyt pompatyczny w wyrazie. Kornel Makuszyński w 1921 roku ubolewał: „Straszliwy pomnik bohaterskiego szewca: pewnym jest, że Kiliński lepsze szył lenty niż rzeźbiarz, który go rzeźbą zbezcześcił.” Mimo wszystko pomnik stał się symbolem patriotyzmu dla mieszkańców miasta, a przed ponad sto lat był milczącym świadkiem dziejowych przemian i politycznych zawirowań. Szczęśliwym trafem uszkodzony pomnik uratowano za czasów sowieckich, do czego przyczyniło się ogromnie „słuszne”, bo przecież proletariackie pochodzenie Kilińskiego. Na początku XXI wieku rzeźbie brakowało zarówno dwóch najważniejszych atrybutów – szabli i sztandaru, jak i części tablic inskrypcyjnych. W 2006 roku z funduszy polskiego Ministerstwa Kultury i Dziedzictwa Narodowego wykonano kompleksową renowację pomnika, jego konserwację, a także prace porządkowe wokół rzeźby. Prace realizował polsko-ukraiński zespół konserwatorski pod kierunkiem profesora warszawskiej Akademii Sztuk Pięknych –- Janusza Smazy.  

W XX wieku park przeszedł liczne przebudowy i remonty. W 1930 roku powstała tu wieża radiowa, w 1951 roku zaś rozebrano częściowo kolejkę wąskotorową, a na torowisku stworzono Lwowską Kolejkę Dziecięcą. Rok później brama parkowa od ulicy Parkowej zyskała ozdobne łuki na kolumnach korynckich projektu Henryka Szweckiego-Wineckiego. Teren parku znacznie powiększono, włączając przyległe doń nieużytki i dosadzono nowych drzew. Całość ogrodzono, przebudowano także pałac sztuki i rotundy na obiekty sportowe. Część parku wydzielono także z przeznaczeniem na place zabaw. Obecnie powierzchnia Parku Stryjskiego wynosi 52 ha i dzieli się na trzy części: taras (park) dolny, taras górny i park leśny. Od początków powstania było to jedno z najbardziej urokliwych miejsc we Lwowie i takim pozostaje do dziś. Mieszkańcy Lwowa chętnie karmią łabędzie, spacerują po ruinach, oglądają oranżerię, dzieci bawią się na placach zabaw i przy fontannach z postaciami z bajek, młodzież korzysta z wybudowanego w 2008 roku skate parku, zresztą pierwszego w Ukrainie. W 2009 roku z funduszy przekazanych przez polski rząd wykonano renowację pomnika Kilińskiego, ponadto przebudowano alejki i unowocześniono oświetlenie. W 2013 roku odbył się remont fontanny z postacią chłopca z popularnej ukraińskiej bajki – Ivasyka-Telesyka znajdującej się w północnej części parku.

 W 2013 roku odnowiono fontannę z postacią chłopca z popularnej ukraińskiej bajki - Iwasyka-Telesyka, znajdującą się przy głównej bramie ulicy Parkowej.

„Plac powystawowy jednak i park Kilińskiego dopiero dla przyszłego kronikarza lwowskiego przedstawiać będą wartość wspomnienia. Dzisiaj zanadto tam wre życie, za często opisują je reporterzy i fejletoniści, zadużo tamtędy chodzi par zakochanych i zbyt często wreszcie wyznacza tam sobie schadzkę cały Lwów elegancki [...]” – pisał Franciszek Jaworski w 1910 roku. Po ponad stu latach od tych słów można śmiało powiedzieć, że Park Stryjski z pewnością tworzył wspomnienia kilku pokoleń mieszkańców Lwowa. I mieć nadzieję, że takim miejscem pozostanie dla wielu kolejnych.