菏泽牡丹栽培已有近千年历史，在中国牡丹发展史上，长盛明、清两代，管领风骚500余年。它是在明清以来风格不一、大小不等的十几处牡丹园的基础上发展起来的，如清道光年间的赵氏园、桑篱园，创于明代的毛花园，以及当时的铁藜寨花园、大春家花园、军门花园等。
重建
解放后重建，1959年，赵楼、李集、何楼分别建立了牡丹园，连成一方，形成了牡丹生产和观赏中心。1982年，政府拨专款统一规划，重新布局，将三个牡丹园合为一体，建南、北两座仿明建筑样式的牌坊门楼，高达十余米。檐出角翘，雕花彩绘，金碧辉煌，既敞朗宏伟，又古朴典雅。门坊正中的“凤凰戏牡丹”彩色图案下，悬挂着一块灿灿闪光的鎏金横匾，上书“曹州牡丹园”，是著名书法家舒同所题。花园内有三个观赏区，若干观赏点，每区各成体系，形成园中园。“观花楼”、“天香阁”是园内主体建筑，新颖别致，古朴典雅，登楼眺望，园中景色尽收眼底。
改建
2002年开始进行改建。曹州牡丹园是目前世界面积最大、品种最多的牡丹园。南大门以内为西观赏区，以原来的赵楼花园为基础。这里除大片牡丹外，还有松柏编制的鸟兽、人物和牌坊；有现代化的温室，有供游人食宿和举办各种展览用的仿明代建筑——观花楼。园中专门开辟了紫牡丹和白牡丹观赏区，葛巾、玉版两个花仙的塑像，身披朝霞，红妆素裹，使人看了葛巾、玉版这两种名贵的牡丹花，可以看到牡丹仙子的造像。北大门以内为北观赏区，以原来李集的花园为基础，除有大面积的牡丹、芍药外，还建有现代化的大型暖房及中国园林式的院落。园中心，垂柳掩映下有一座花亭，可供游人小憩，领略园内风光。
2010年4月9日，曹州牡丹园提升改造工程完成，举行开园仪式。曹州牡丹园成功实现了她华丽的转身。经过9个月的提升改造，牡丹园面积由700亩扩大到1600亩，牡丹总量达到80万株，品种1000多个，种植面积达到600余亩。园内景点从4个增加到39个。新建了牡丹传奇、十二花神、芍药台、世界国花园、国风院等12大景区，同时建设了国内领先水平、全自动控温、控湿的牡丹温室，使国内外来宾365天都可观赏到盛开的牡丹。
现状
工程自2010年7月中旬开工，共调运土方40万方，新增植牡丹20余万株，栽种各类乔、灌木34700多棵，种植地被植物29万多平方米，铺设园内道路1.6万米、6万平方米，铺设给、排水管道2万多米，砌筑排水沟6000米，同时完成了国花魂雕塑复新、国花门改造、古建筑维修等工程。这次牡丹园提升改造拆迁涉及5个行政村，143户居民房屋、438户土地，共拆迁房屋25229.65平方米，温室大棚101个，工厂、企业12家，整体搬迁村庄1个。
菏泽市人民政府加快牡丹园现代化建设，投资数亿元，在牡丹园中修建了现代化的温室和中国园林式的院落。暖房内催开的牡丹每年在春节前夕都运往北京、上海、广州、香港、澳门等地举行展销。
1992年3月菏泽市成功地举办了第一届国际牡丹花会，迎来了众多的海内外游客。至2012年4月16日已成功举办二十一届，累计共接待中外游客3600多万人次，有570多位中央、国家部委的领导人到菏泽视察。