Schon vor der Römerzeit wurde der Wald auf den fruchtbaren Böden im heutigen Stadtgebiet für die Landwirtschaft gerodet. Die Stadt Köln besaß daher lange Zeit keinen Wald.
Der Grundstein für den städtischen Wald wurde erst im letzten Jahrhundert durch Eingemeindungen und Ankäufe gelegt. Damals begann ein forstliches Aufbauwerk, das beispielhaft für Waldvermehrung im städtischen Ballungsraum ist.
1925 betrug die Waldfläche 700 Hektar, überwiegend im rechtsrheinischen Köln-Dünnwald. Dieser Wald entstand durch Heideaufforstungen Ende des 19. Jahrhunderts.
Nach einer Idee des Kölner Oberbürgermeisters Konrad Adenauer wurde in den 1920er Jahren auf der Fläche des ehemaligen Festungsgürtels der äußere Grüngürtel angelegt. Er umspannt das südliche und südwestliche Stadtgebiet auf einer Länge von zwölf Kilometern und einer Breite von 1 bis 1,5 Kilometern vom Rhein bis Müngersdorf. Der äußere Grüngürtel ist mit einer Gesamtfläche von 800 Hektar, von der rund 400 Hektar Wald sind, Kölns größte Grünanlage.
Während in anderen Städten nach dem zweiten Weltkrieg Waldflächen für städtebauliche Zwecke geopfert wurden, ging Köln in seiner Grünpolitik den entgegengesetzten Weg. Mitte der 1950er Jahre begann die Forstverwaltung ein großes Aufforstungsprogramm.
Im Zeitraum von 1956 bis 1965 wurden 1.000 Hektar, überwiegend landwirtschaftliche Flächen, aufgeforstet. Dabei wurden die Lücken im nordwestlichen Teil des Äußeren Grüngürtels geschlossen und der südliche Grüngürtel erweitert. Im Bereich der Wasserwerke - im Weißer Rheinbogen und in Weiler - wurden großflächig Wasserschutzwälder begründet. An Industrieanlagen und entlang der Autobahnen wurden Aufforstungsstreifen zum Sicht- und Immissionsschutz angelegt.
In Rodenkirchen entstand der Forstbotanische Garten. Außerdem wurden in dieser Zeit 500 Hektar Wald angekauft.
Nach 1965 wurde die Waldvermehrung im Stadtgebiet fortgesetzt. Bis 1990 konnten weitere 350 Hektar aufgeforstet werden. In Rodenkirchen wurde der Friedenswald und in Porz das Erholungsgebiet Leidenhausen angelegt. In den Jahren danach wurde der städtische Wald weiterhin vergrößert und das Waldlabor entstand. Durch die Aktion "Ein Wald für Köln" beteiligten sich viele Bürger*innen mit ihrer Spende aktiv an der Waldvermehrung.
Der städtische Wald wurde außerdem durch zusätzliche Ankäufe von Privatwald und Übernahme von Staatswaldflächen weiter vergrößert.
Heute besitzt die Stadt Köln 3.650 Hektar Wald. Hinzu kommt der Waldbesitz der RheinEnergie AG mit einer Fläche von 470 Hektar, der ebenfalls von der städtischen Forstverwaltung betreut wird.