Название Люксембургский сад происходит от латинского Лукотитиус (так назывался пригород в верхней Лютеции в I-IV вв). Еще 400 лет назад это была окраина Парижа.
Сад был разбит в 1611 (либо 1612) году по заказу итальянки Марии Медичи, вдовы короля Генриха IV, вокруг загородного замка, возводившегося в то время далеко за пределами города. Прообразом замка послужил Палаццо Питти во Флоренции, в котором выросла Мария Медичи. Несмотря на то, что в XIX веке южное крыло дворца и прилегающий к нему сад подверглись значительным изменениям, оформление  Люксембургского дворца сохранило итальянские черты, которые ещё более подчёркивают выращенные в кадках пальмы.

Уже в XVII в. парк пользовался большой популярностью.
По нему проходит Авеню де ль’Обсерватуар, которая ведёт через проложенный здесь парижский нулевой меридиан к Парижской обсерватории. В XVIII в. Люксембургский сад стал излюбленным местом прогулок литераторов: здесь прохаживались и Руссо, и Дени Дидро.
В последующие годы территория сада испытала много изменений, но и сейчас вся территория открыта для прогулок парижан и гостей столицы. 
Среди огромного множества скульптур можно отыскать одну из четырех парижских статуй Свободы, а так же статую королевы Марии Медичи. Ее именем назван один из самых романтичных фонтанов Парижа, расположенный справа от Люксембургского дворца. Здесь назначали свидания влюбленные парочки.
Виды Люксембургского сада всегда служили источником вдохновения художников, писателей, поэтов и были воспеты в их произведениях. Истории известен факт бурного романа художника Амадео Модильяни и поэтессы Анны Ахматовой, развивавшегося под сенью ветвей Люксенбургского сада, благодаря которому на свет появилось множество замечательных стихотворений.