На предназначенной для парка местности не росли никакие деревья. Для нее характерны были крутые и пологие склоны, вся территория была усеяна огромными валунами розового гранита, изрезана оврагами. Эти естественные преграды повлияли на образ парка, и в частности на планировку аллей и дорог. При планировке рельеф не был нарушен, более того, пейзаж обогатился новыми растениями, постройками, фонтанами, на его территории были перемещены огромные валуны, пробиты и отделаны скалы. Для работы в парке были согнаны до 10 тысяч крепостных из имений Потоцкого.
Здесь никогда не было дворца, характерного для многих парков. Композиционная ось Софиевки была определена руслом речки Каменка.
Парк был торжественно открыт в день именин Софии в 1800 году. На одном из обелисков у входа в сад была сделана такая надпись: „Любовь подносит Софии“. С тех самых пор парк стал называться Софиевкой. А поэт Трембицкий воспел красоты этого парка в поэме „Софиевка“, за что Потоцкий заплатил ему хорошую сумму.
Благоустройство парка продолжалось до 1805 года, а после смерти Феликса Потоцкого работы в Софиевке прекратились. Когда умерла Софья, парк перешел по наследству ее сыну Александру, однако ненадолго — Александр был замешан в Польском восстании, за что у него были конфискованы все принадлежавшие ему поместья. Софиевка перешла в собственность жены Николая I. С тех самых пор парк стал называться Царицыным садом.
С 1836 по 1859 год, когда сад находился в ведении управления военных поселений, Софиевка достигла наибольшего расцвета (тогда были возведены лучшие архитектурные сооружения). А потом на долгие годы парк стал обычным учебным участком по садоводству.
В 1929 году парк получил статус государственного заповедника. В 1955 году он был передан в ведение Академии наук Украины.
У посетителей парка может создаться впечатление, что вся территория его представляет природный лесной массив. На склонах растут дубы-великаны, сохранившиеся со времени основания парка, а также грабы, клены, липы, ясени, белая акация. Живописно выделяются на общем фоне высокие пирамидальные черные и серебристые тополя, платаны, лиственницы, сосны, ели. Старые липы и ели образуют тенистые аллеи по берегам водоемов. Главная аллея, идущая от входа в парк, обсажена конскими каштанами с массивными кронами (эту аллею замыкает павильон Флоры в виде сквозного портика).
Некоторые растения привозили в парк за тысячи километров. Так в парке оказались вместе западный платан и белая, или веймутовая, сосна, тюльпанное дерево и мексиканский, или болотный, кипарис. Здесь появился и пирамидальный тополь, который потом распространился по всей Украине и югу России.
Н. Верзилин пишет:
На группу деревьев из четырех искусственно сращенных белых тополей обратил внимание и Г. Штейман:
Расширенная долина реки Каменка была названа Елисейскими полями, на которых в первые годы после основания парка высаживались редкие растения, привезенные из далеких стран.
В парке много сооружений. Здесь расположен грот, или храм, Венеры с колоннами. Мраморная статуя богини стоит в глубокой нише на высоком пьедестале. Вода, ниспадающая из Верхнего пруда тонким, как стекло, потоком, образует прозрачную пелену, через которую видна как бы купающаяся Венера.