Dopo tre anni di lavoro la Società poté cominciare a utilizzare il terreno come giardino sperimentale, realizzandovi un piantatoio, una vigna ed un pomario ed impiantando nella parte bassa , verso la città, eccentriche e rare piante ornamentali. Un radicale riordinamento del giardino si ebbe a partire dal 1876 con lo scopo principale di poter ospitare future esposizioni nazionali e mostre prestigiose.

Nel 1880 la Federazione Orticola Italiana organizzò a Firenze la Prima Esposizione Nazionale e proprio per onorare degnamente l'incarico, la Società Toscana decise di completare il proprio giardino con la costruzione di un Tepidario di grandi dimensioni che non aveva precedenti in Italia. Fu promossa una sottoscrizione fra i soci al fine di trovare i fondi necessari alla nuova costruzione. L'incarico di redigere il progetto fu affidato all'Ing. Arch. Giacomo Roster e realizzato dall'Officina Michelucci di Pistoia.

L'attività promotrice della Società s'intensificò ulteriormente con l'Esposizione organizzata nel 1887, in questa occasione il giardino viene arricchito dalla presenza di un Caffé Restaurant e da una seconda serra, proveniente dal giardino Demidoff di S.Donato. Nel 1911, il giardino fu nuovamente teatro di una grande esposizione per le celebrazioni promosse dal Comune nell'ambito del cinquantenario dell'Unità d'Italia.

In tale occasione furono operate delle considerevoli modifiche alcune delle quali si conservano tutt'oggi , tra queste va sottolineata la costruzione della Loggetta Bondi da parte della Manifattura di Signa. Con la prima guerra mondiale cominciò un lento ma inesorabile declino dell'attività della Società Toscana d'Orticoltura, nel 1930 il giardino venne acquistato dal Comune che lo destinò a giardino pubblico.

Il grande tepidario del Roster denunciava un grave stato di abbandono, tanto che il Comune stanziò, fra il 1933 e il 1936, dei fondi speciali per il restauro di questo. Il tepidario subì di nuovo alcuni danni, specialmente durante la seconda guerra mondiale, recentemente è stato restaurato.