Бирюлевский дендропарк расположен на холме между долиной реки Язвенки и правым притоком речки Черепишки. Сама Черепишка заключена в коллектор и выходит на поверхность чуть ниже дендропарка; иногда ее приток и саму Черепишку в низовьях считают одним водотоком и называют Бирюлевским ручьем. Дендропарк был заложен почти за десятилетие до создания Главного ботанического сада АН СССР. По количеству редких пород деревьев и кустарников он занимает второе место среди московских парков после Главного ботанического сада.
Официально признанная часть коллекции дендропарка составляет не менее 498 маточных площадок, охраняемых как компонент объекта культурного наследия регионального значения. В дендропарке насчитывается около 220 видов деревьев и кустарников, причем многие из них в Москве высажены только здесь. Только хвойных пород представлено 24 вида: три вида пихты, гинкго, три вида можжевельника, три вида лиственницы, четыре вида ели, восемь видов сосны, тисс и туя. Растения завезены со всех концов света, но преобладают дальневосточные и североамериканские виды, лучше приспособленные к местному климату. В коллекции можно увидеть и бархат амурский, сохранившийся со времен, предшествовавших оледенению. Растет в дендрарии и сибирский кедр. В парке есть аллеи акаций, абрикосов, каштанов, лип, кленов, туй, кедров, ив, дубов, кипарисов, пихт, маньчжурского ореха; встречаются также медуница, ландыши, колокольчики и лютики.
В 2010 г. в дендропарке были высажены сакуры, подаренные Мияниси Ютакой, подданным Японии и почетным гражданином города Южно-Сахалинска. Теперь на Ханами — японский праздник любования цветением сакуры — сюда регулярно приходят местные жители.
Местность, в которой был устроен дендрарий, имела историческое название Пожарная пустошь. Современная планировка дендрария прослеживается уже на карте 1832 г. Перекресток из восьми аллей находился возле спортивной площадки, неподалеку от водоема с названием «Шоколадка», происхождение которого неизвестно. Оформление этого участка способствовало разбивке Туевого круга дендрария, а еще одна дорога, вероятно, сохранила направление аллеи 1878 г. Все это позволяет предположить существование в этой местности усадьбы, остатки планировки которой, хотя и заросли лесом, были использованы при создании Бирюлевского дендрария, или дендропарка Управления озеленения Москвы. Он был создан в 1938 г. под руководством лесовода Всеволода Константиновича Порозова (1892–1958) для отбора устойчивых в условиях Москвы древесных пород и их размножения в целях озеленения города. Первоначально дендрарий действовал как питомник, поставлявший растения, отсаживаемые при разреживании маточных площадок, чтобы обеспечить наилучшие почвенные и видовые условия остающимся экземплярам. Посадки велись в нарушенном березняке, где прежде выпасался скот. Для улучшения почвы высаживали люпин, который затем запахивали в землю. Деревья размещались группами, между которыми устраивались газоны. По мере разрастания часть деревьев пересаживали или удаляли. Каждая дорожка обсаживалась «своими» деревьями и кустарниками. Позднее, после завершения разреживания первоначальных плотных насаждений, парк стал исследовательским и декоративным дендрарием.
В 1970-х гг., в связи с массовой жилой застройкой прилегающей местности и превращением дендропарка в городской парк, его территория была расширена в западном направлении до Липецкой улицы, а позднее — в южном, до станции Обменная.
В 2024 г. дендропарк перешел от Мосприроды к Государственному историко-архитектурному, художественному и ландшафтному музею-заповеднику «Царицыно».
