Le paysagiste Denis Bühler, créateur du jardin du Thabor (plans dressés en 1867), n'avait pas envisagé d'y placer des œuvres d'art. Cependant, en 1885, le Conseil municipal de Rennes présidé par le maire Le Bastard décide d'accepter l'offre de Charles Lenoir (1844-1899), alors directeur de l'École régionale des beaux-arts de Rennes. Celui-ci se propose d'exécuter gratuitement quatre groupes sculptés monumentaux pour décorer la partie centrale et les extrémités du jardin français, chaque groupe comportant trois personnages (Orphée-Eurydice-Mercure, Diane et deux nymphes) et s'inspirant de sujets épiques ou mythologiques. Il est alors prévu l'exécution d'un groupe sculpté par année, les coûts liés à l'acquisition de la pierre, au transport, aux modèles, moulages et ébauchages, estimés à six mille francs restant à la charge de la Ville de Rennes. Sollicité, le ministère de l'Instruction publique et des Beaux-Arts désire contribuer et accorde à la Ville une subvention de mille francs, augmentée en 1890, afin de l'aider à acquérir la pierre nécessaire.

L'augmentation des coûts donne lieu à de très nombreuses discussions entre l'artiste et les élus, et explique, en partie, la révision du programme (dimensions des groupes, choix de la pierre, nombre des œuvres) au fil des ans. Dès 1886, Charles Lenoir propose de réduire la taille des groupes à 2,80 mètres et, au lieu de les exécuter en un seul bloc, de rapporter les parties les plus détachées. La pierre d'Échaillon, près de Grenoble, choisie pour le premier groupe en raison de sa plus grande résistance aux conditions climatiques, est remplacée pour les suivants par de la pierre de Lavoux, près de Poitiers, moins onéreuse. La proposition initiale de Charles Lenoir, mort en 1899, comportait un quatrième groupe qui ne sera pas exécuté. Un projet de l'artiste pour finaliser la décoration du jardin français, L'Enlèvement de Proserpine, d'après Les Métamorphoses d'Ovide, subsiste sous la forme d'un modelage en cire dans les collections du Musée des beaux-arts de Rennes. Trois groupes sculptés sont finalement installés : L'Enlèvement d'Eurydice en 1890 à l'Est du jardin français, à côté du kiosque à musique, La Chasse de Diane en 1895 à l'autre extrémité du jardin français, près de l'allée des Tilleuls, et Le Repos de Diane, achevé probablement vers 1899 est placé en 1903 sur une pelouse au Sud de la volière, dans l'axe de l'allée des Chênes.

Dès 1891, le Conseil municipal de Rennes décide de compléter ce décor par l'installation d'autres œuvres en pierre, cette fois sculptées par les élèves de l'École des beaux-arts (cours de M. Coquelin). Ces œuvres, qui ont été exposées à Paris en 1889 et dont la qualité a été reconnue ("… ont contribué au succès si brillant de notre École.", "… ces œuvres sont remarquables et ont été récompensées à l'Exposition de Paris…" DCM du 2 mars 1891), commencentt à être installées au Thabor dès 1891 ; elles composent un ensemble de bustes, statues et vases. Toutes sont présentées sur des piédestaux de granit. Ce sont des copies d'œuvres présentes dans les collections du musée du Louvre ou dans le parc du château de Versailles. Les cinq bustes (Alexandre, Ariane, Bacchus, Faune et Jupiter) et trois statues (Le Faune au chevreau, Le Faune flûteur et La Femme en pied, parfois dénommée La Romaine) sont disséminés à l'est ou à l'ouest (plate-bande du jardin de la direction) et sur le perron de la terrasse au sud, des pavillons des orangeries et des serres.

Quatre autres copies d'après l'antique (L'amour prenant un papillon posé sur une rose, Le Tireur d'épine et deux exemplaires de L'Enfant à l'oie) ornent les hémicycles de l'allée des Tilleuls et le nord de la promenade de l'Enfer, près de l'escalier. Les quatre vases Louis XIV sont placés symétriquement dans les angles du parterre du jardin français, au nord et au sud des groupes sculptés déjà installés.

À cet ensemble, il faut ajouter la statue en pierre dénommée La Liberté et réalisée en 1837 par Jean-Baptiste Barré (1804-1877) pour orner la Colonne de Juillet conçue par Charles Millardet, architecte de la Ville, présente dans l'hémicycle à l'est du Carré Duguesclin depuis 1835.

En 1998, le monument Glenmor en hommage au barde breton est installé au sud de l'Enfer. L'œuvre sculptée par Jean Fréour (1919-2010) dans le granit bleu de Languédias, comporte deux panneaux latéraux en bronze avec une citation en français et en breton.

D'autres œuvres ont été placées dans le parc mais ne s'y trouvent plus.

En 1925, un buste de Charles Lenoir en bronze ornait le monument dédié à l'artiste et réalisé par son fils, Pierre Lenoir (1879-1953), à l'est de l'allée des Tilleuls. En 1942, le buste réquisitionné est fondu sous le régime de Vichy (règlementation de l'occupant sur les métaux non-ferreux), comme l'ont été d'autres œuvres rennaises (notamment les statues de Leperdit et de Le Bastard). Il subsiste, sur le piédestal en granit, une stèle commémorative ornée de son bas-relief en bronze ; celui-ci a été réalisé à partir de l'un des derniers dessins de Charles Lenoir représentant "Le Pèlerin s'abreuvant à la source de la beauté". Le Musée des beaux-arts de Rennes conserve dans ses collections un buste en plâtre par Pierre Lenoir qui est vraisemblablement le modèle du buste du Thabor.

Jusqu'en 2018, étaient également présentées dans le jardin botanique deux statues en marbre datant des années 1870 : La Pensée de Gabriel-Jules Thomas (1824-1905) et Le Jeune Savoyard pleurant sa marmotte de Pierre Gourdel (1824-1892). En raison de leur état dégradé, dû notamment aux conditions météorologiques, ces deux œuvres qui étaient des dépôts du Musée des beaux-arts ont réintégrées les collections de ce dernier après avoir été restaurées.