Этот парк стал прообразом многих парков Санкт-Петербурга, а при императрице Анне Иоанновне его назвали «Версалем на Яузе». Но сейчас от первоначальной голландской планировки остались лишь липовая аллея, беседка-ротонда, пять прудов, скамейки и грот по проекту Растрелли.
…возле палат — статуй каменных четыре; на каменной плотине с резбою и с балясы деревянные, стояла статуй каменная Венус, а под плотиной купидонов каменных золоченых два, горшков каменных, золоченых четыре, у другого же пруда на плотине стояла статуй каменная Самсон, а под нею можно было видеть двух свинксов каменных золоченых…
В 1721 году император Петр I купил эту землю у наследников Головина для размещения двора и проведения торжеств в честь коронации императрицы Екатерины I. Он поручил обустройство дворца Н.Л. Бидлоо. Тот устроил в Головинском саду фонтаны, пруды с островами, мостики, каскады и друге затеи.
Головинский дворец сгорел в 1753 году. Но в Лефортовском парке сохранилась беседка, где отдыхал Петр. После урагана 1904 года ее восстановили по указу великого князя Константина. В беседке установлена стелла со словами Петра: Труды моего Миниха сделали меня здоровым. Я надеюсь некогда ехать вместе с ним из Петербурга в Москву и выдти на берег в Головинском саду
. Император сказал это, осмотрев порученные инженеру Миниху работы по прокладке Ладожского канала. Он должен был стать частью судоходного пути между Петербургом и Москвой.
В 1730 году Анна Иоанновна пригласила для строительства дворца в Лефортово архитектора Растрелли. Он поставил деревянный Летний Анненгоф, а для постоянного проживания сюда в 1736 году из Кремля перевезли деревянный Зимний Анненгоф. Оба здания решили окружить парковой зоной. Так прежний парк стал Нижним садом и дополнился Верхним, который спланировал Ф. Растрелли. Но из всех его творений сохранился лишь грот.
Елизавета Петровна после коронации в 1742 году вернула парку прежнее название — «Головинский сад» — и открыла его для прогулок москвичей. Посетители могли наблюдать за полетами на воздушном шаре или посетить спектакль в деревянном «Оперном доме», который в 1742 году за 35 дней построили И. Мичурин и К. Бланк.
На прудах можно было покататься на лодке, в гроте играл оркестр, а над ним давали театральные представления. Таким образом пруды превращались в зрительный зал, а грот — в сцену.
После пожара 1757 года постройки Лефортово пришли в запустение. И хотя при Екатерине II была попытка отстроить дворец, парк утратил свое величие. А Павел I отдал эти земли под казармы, и к началу XX века парк окончательно зарос и одичал.
Планы по проведению автомагистрали в Лефортово вызвали возмущение жителей и привлекли к парку внимание общества. Парк удалось отстоять, и трасса прошла под ним — так появился Лефортовский тоннель.
Сейчас это городской парк и туристический объект, но о былой роскоши напоминают только каскад прудов, мост и грот. В планах — реконструкция Головинского сада по состоянию на XVIII век.