L'aménagement du parc selon le plan du paysagiste Denis Bühler prévoit de larges carrefours au croisement de certaines allées. L'un d'entre eux, au sud de l'allée des chênes, est choisi par Jean-Baptiste Martenot, architecte de la ville, pour y installer une volière, en 1876. Largement inspiré d'un modèle qu'il a vu au parc Monceau, la volière est constituée de deux éléments distincts : une base circulaire composée de 4 cages pour oiseaux exotiques fait fonction de serre ornithologique et un pigeonnier (ou colombier), avec auvent, la surmonte en sa partie centrale.

En 1931, la réfection de la volière est assurée par M. Harel, entrepreneur : remise en état du bâtiment en bois et des grillages, peinture. En 1981, la volière est réhabilitée et accueille de nouveaux oiseaux exotiques. En 2010, une réfection des peintures de la volière lui redonne tout son lustre. La polychromie à deux tons, rappelant celle du kiosque à musique, est respectée et contribue à l'harmonie entre ces deux fabriques.

En 2018, l'ensemble de la signalétique concernant les oiseaux hébergés dans la volière est modernisée et propose des informations sur leurs origines, longévité, taille, etc. et une illustration permettant de les identifier dans les cages réunissant plusieurs espèces.