Die Stuttgarter Wilhelma liegt in einer historischen Gartenanlage am Rande des Rosensteinparks. Ihre Besonderheit ist die interessante Kombination von Tier- und Pflanzenanlagen sowie alter und neuer Architektur. Karl-Ludwig von Zanth errichtete 1842-53, im Auftrag von König Wilhelm I. von Württemberg, ein der Alhambra nachempfundenes Lustschloss samt Nebengebäuden, in welchen die Wilhelma Unterschlupf fand. Nicht nur die Gebäude sondern auch die Gärten waren im maurischen Stil gehalten, umgeben von Seen und Wasserläufen. Nach den Zerstörungen des Zweiten Weltkriegs, denen die alte historische Anlage zum Opfer fiel, wurde der zoologisch-botanische Garten erheblich erweitert und ist heute mit fast 10.000 Tieren in etwa 1.000 Arten nach Berlin der zweitgrößte deutsche Zoo.

Einer der Highlights ist das Aquarium mit Nachbildungen naturnaher Wasserlandschaften, vom Schwarzwaldbach über die Lebenswelt des Amazonas bis zur Südseeinsel. Tiere aus allen Bereichen der Erde, vom unscheinbaren einheimischen Kleinfisch bis zum farbenprächtigen Korallenfisch, vom kleinen Pfeilgiftfrosch bis zum Krokodil, leben in den Aquarien und Terrarien.

Verschiedenste Spinnen, Skorpione, Schmetterlinge und Käfer findet man im Insektarium. Zudem können ein Bienenvolk und die pilzzüchtenden Blattschneiderameisen bei ihren Tätigkeiten studiert werden.

In den zwei Nachttierhäusern herrscht in der Besucherzeit Dämmerlicht, so dass sich normalerweise nachtaktive Tiere, wie Flughunde, Mausmakis, Kleinkantschile, Laternenfische aus dem Roten Meer und chinesische Riesensalamander, beobachten lassen.

Begehbare Volieren ermöglichen Besuchern Vögel aus nächster Nähe zu beobachten. In der Vogelfreifluganlage tummeln sich Austernfischer, Säbelschnäbler und Kampfläufer in den Wellen, direkt daneben Vögel aus der afrikanischen Savanne.

Bei der Haltung von Menschenaffen hat sich die Wilhelma einen internationalen Ruf erworben. Gorillas, Schimpansen, Orang-Utans und Bonobos leben in Stuttgart in Familiengruppen mit reichlich Nachwuchs zusammen. In dem europaweit als Menschenaffenkinderstube genutzten Jungtieraufzuchtshaus kann man auch Küken schlüpfen und heranwachsen sehen. Gibbons und Haubenlanguren turnen in den geräumigen Anlagen des Schwingaffenhauses herum.

Der Anlagenkomplex für afrikanische Huftiere bildet mit seinen zwölf Außengehegen einen Schwerpunkt im nördlichen Teil der Wilhelma. Dort leben Giraffen, Okapis, Zebras, die seltenen Somali-Wildesel, Strauße und verschiedene Antilopenarten, wie beispielsweise Nyalas oder Bongos.

Auf den grandiosen, künstlich gestalteten Felsenformationen des neuen, 1.200 m² umfassenden Amazonienhauses sieht man Pflanzen und Tiere aus dem oberen Amazonas-Regenwald. Im üppigen Grün von Kapok- und Mahagonibäumen, leben Brüllaffen, Weißgesichtssakis und Goldkopflöwenäffchen. Daneben bevölkern freifliegende Vögel wie Sonnenrallen, Blatthühnchen, Tangaren und Kolibris den Urwald. Im Becken unterhalb eines tosenden Wasserfalls findet man Kaimane und verschiedene Fischarten aus dem Amazonas.

Alpakas und Vikunjas beherbergen die attraktive Freianlage für Tiere Südamerikas. Zu ihnen gesellen sich die größten Nagetiere der Welt, die Wasserschweine, sowie Maras, Nandus und Armeisenbären.

Gegenüber dem Südamerikagehege liegt die neue Anlage für Bären und Klettertiere. Auf diesem einmaligen Komplex, der einer Felsenlandschaft nachempfunden wurde, separieren für den Besucher unsichtbare Gräben die einzelnen Tierarten voneinander. Hier haben Mähnenwölfen, Brillen- und Braunbären eine Heimat gefunden. Aber auch Eisbären besiedeln neben Bibern und Ottern - alle durch Unterwasserfenster zu beobachten - diese beeindruckende Anlage. Dazu kommen noch Schneeleoparden, Makhore oder Schraubenziegen, Schneeziegen und Steinböcke.

Löwen, Tiger, Indische Elefanten, die urtümlich wirkenden Panzernashörner, die merkwürdigen Hirscheber (Wildschweine aus Sulawesi), Flusspferde und Schabrackentapire gehören ebenfalls zum Tierbestand der Wilhelma.

Einen Kontrast zu den exotischen Ableitungen bildet der Schaubauernhof, auf dem heute gefährdete Haustierrassen neben ihren wilden Vorfahren gehalten werden.  

Wertvoll ist auch der Pflanzenbestand der Wilhelma mit etwa 5.000 Arten, und im Rhythmus der Jahreszeiten ändert sich das Gesicht des Parks ständig, so dass man immer neue Eindrücke erhält.

Das botanische Jahr beginnt in der Wilhelma mit der Blüte der Orchideen, von denen ca. 5.000 Pflanzen gepflegt werden. Die am schönsten blühenden Exemplare werden jeweils in zwei Vitrinen im Tropengewächshaus gezeigt. Als nächstes folgt im Januar und Februar die Blütezeit der zum Teil 150 Jahre alten Kamelien und Azaleen in ihren Häusern mit jeweils über 30 Sorten. Einmalig ist die Blüte in Europas größtem Magnolienhain, prächtig sind Tausende von Tulpen und Narzissen auf den weiten Rabatten des Parks.  Während des Sommers schafft der 700 m² große Seerosenteich mit tropischen Seerosen und Lotosblumen den Zauber eines Tropengartens. Hunderttausend Sommerblumen beenden mit ihrer Blüte das botanische Jahr in der Wilhelma. 

Weitere Schwerpunkte sind die Sukkulenten und die Fuchsien, von denen über 200 Sorten während des Sommers blühen, Kakteen, sowie Bärlappgewächse, Schachtelhalme bis hin zu seltenen Farnen, Baumfarnen und primitiven Nadelhölzern in je einem Kalt- und Warmhaus. Tropische Nutzpflanzen wie Kaffee, Sternfrucht, Papaya, Baumwolle und viele andere mehr runden die botanischen Anlagen ab.