В 18 веке на территории Летнего сада существовало несколько деревянных оранжерей для теплолюбивых растений. Впервые здание Малой оранжереи зафиксировано на обмерном плане Летнего сада Г. Охлопкова и А. Сафонова 1736 года.
Существует фиксация здания Малой оранжереи и на генеральном плане Летнего сада 1730-1740 гг., выполненном архитектором Ф.Б. Растрелли. Малая оранжерея Летнего сада предназначалась для хранения в зимнее время экзотических растений, которые в летнее время выставлялись в боскетах «Зелёные кабинеты», на аллеях и площадках сада. Автор сооружения неизвестен. Оранжерея воссоздана в 2010-2011 гг. по историческим материалам и аналогам петровского времени.
Объёмно-пространственная композиция, внешний архитектурный облик, проект декоративных деталей фасада разработаны на основании фиксационного чертежа фасада Малой оранжереи, выполненного архитектором И. Бланком в 1738 году.