Появление Харитоновского парка было связано с формированием в конце XVIII века и первых десятилетиях XIX века усадьбы купца Л.И. Расторгуева. Место для усадьбы было выбрано на северном склоне Вознесенской горки (или Генеральской горки). С высокого склона был виден город и берег реки Исеть. К 1814 году площадь территории усадьбы составляла практически 1 гектар. Известно, что в строительстве усадьбы принимал участие известный в Екатеринбурге архитектор М.П. Малахов.
В 1808 году Л.И. Расторгуев неоднократно обращался к городским властям Екатеринбурга с предложением передать ему «пустопорожнее» место рядом с усадьбой для разбивки общественного парка. В это же время благоустройство территории начал П.Я. Харитонов, зять Расторгуева. Однако переговоры об отводе земли под парк затянулись до 1820-х годов и были продолжены наследниками Расторгуева.
Первоначально парк сочетал в себе элементы регулярной планировки рядом с усадебными постройками и приемы английского пейзажного стиля в остальных частях. За счет рельефа и расположения здесь беседки-ротонды (архитектор М.П. Малахов) верхняя часть парка была парадной. Центром пространственной композиции стало искусственное озеро.
По воспоминаниям современников в начале XIX века в парке было много оранжерей и цветников. В 1834 году неизвестный автор в журнале «Заволжский муравей» описывал усадьбу так: «К задней части сего дома примыкает огромный сад, расположенный по скату горы, в английском вкусе, с прекрасными цветниками, оранжереями, беседками и прудком. Он принадлежит также наследникам Расторгуева и занимает пространство в окружности более версты. Одна половина сада совсем уже отделана, а вторая устраивается. Сад всегда открыт для публики, и в хорошие летние дни, особенно в праздничные посещается лучшим обществом и приносит много удовольствий. Этот сад мог бы быть украшением столицы, а в Екатеринбурге почитается редкостью, где кроме его нет ни одного публичного сада».
В 1826 году Екатеринбургская Управа Благочиния постановила передать территорию парка в ведение города. Несмотря на это, вплоть до 1830-х парк благоустраивался на средства хозяев усадьбы.
С 1836 года Харитоновский парк становится первым в Екатеринбурге общественным садом для отдыха.
Окончательно планировка парка сложилась в 1840-х годах. К этому времени его территория составляла 6.4 гектара. На территории, кроме отмеченной ротонды, также были построены «вокзал», в северной части парка были устроены дорожки, лабиринт, насыпные горки, винный погреб-грот с «китайской» беседкой.
В конце XIX века Харитоновский парк сдавался в аренду. Здесь проходили музыкальные концерты, праздники для детей, праздничные народные гулянья. В послереволюционное время усадьба была национализирована. Здесь расположился Уральский коммунистический университет. В этот период наименование сада несколько раз менялось: сад Уралпрофсоюза, Сад облпрофсоюза. После 1936 года парк находился в пользовании Дворца пионеров и школьников.
В 1935-1937 годах проводилась масштабная реконструкция Харитоновского парка (архитекторы А.М. Дукельский, В.В. Емельянов, Л.В. Шишов, В.Г. Кремлев). По результатам реконструкции на территории парка появились спортивные и детские игровые площадки, установлены качели для детей, также построены стадион и театр. Центральный пруд был очищен, и у него появилась лодочная станция. После реконструкции и до 1990-х Харитоновский парк считался местом для детского отдыха.
Еще одна реконструкция на территории Харитоновского парка была проведена в 1980-е. С конца десятилетия он назывался парком Дворца детского творчества.
Сегодня Харитоновский парк — прогулочный парк районного значения. На его территории расположены Городской Дворец творчества и молодежи и Городской детский экологический центр.
Харитоновский парк в контексте градостроительного устройства Екатеринбурга продолжает играть роль одного из излюбленных мест для прогулок у жителей города. Здесь организованы прогулочные зоны, зоны для детских игр, сенсорный сад, а также площадки для тихого отдыха, оформленные цветочными клумбами.