清華人社院後方曾有一座小公園，設置滑梯、蹺蹺板等遊樂設施，原意是希望前來校園的親子能同樂，但因動線規劃不佳，人煙稀少，設施也日益老舊，進而衍生出此地設施是為安撫亡靈的校園奇談。
2002年，眼見人社院後方相思林下的土地荒蕪多時，黃一農院長在執行「綠美化計畫」的過程中，得哲學所張旺山教授與中文系方聖平教授的協助，帶動師生員工著手環境整修，遂為日後蝴蝶園的建置奠定了基礎。
往日相思林土壤硬如磐石，暗處寸草不生，亮處草比人高，動植物種類趨於單調。為復育環境，在黃院長的帶領下，於2003年開闢「哲學家步道」，打通園區動線，2004年增建「蘭花小徑」，廣收蕨類與蘭花。2005年爭取到張子文校友捐款，建立「慈塘」生態池，吸引蜻蜓與豆娘前來，逐漸恢復動植物的多樣性。2007年起，在人社院張維安院長的推動下，周邊綠地持續引入蝴蝶青睞的藤蔓、灌木、喬木及草花植物。受到感召的遊客與社區人士陸續加入志工行列，以區域認養的形式，承擔拔雜草、澆水、鋪粗糠、替養蝶植物施肥等工作。經由志工的口耳相傳，「蝴蝶園」之名於焉而生，2008年正式立牌，使清華園的生態遊憩場域進一步拓展，翻開嶄新的一頁。
為何邀請蝴蝶扮演生態復育的主角？原來蝴蝶為指標生物，居於食物鏈底層，若蝴蝶復育成功，也將吸引各類蜘蛛、肉食性昆蟲、蜥蜴、鳥類等其他物種駐留，形成完整的食物鏈，創造適合多樣性生物的棲地。清華後山區和十八尖山山麓連成一片，地貌或是動植物種類皆類似，能夠系統化地呈現台灣北部低海拔地區常見的野生植物群，成為生態教育的天然教室，若能引入蝴蝶，在營造植物園的基礎上，使之成為野生物的庇護所，將會為該空間帶來更多生機與活力。
2010年5月起，陳力俊校長的撥款支持，蝴蝶園開始以三年為一期的校級計畫形式經營管理。然而前兩年，為縮減時間成本難免透支經費，所幸依靠各方志工援助與校內外人士熱心捐款才得以持續維持。期間為記錄蝴蝶生態，在本校計通中心主持下建置了「清華蝴蝶園網站」，精彩紛呈的蝴蝶影像由攝影志工等生態攝影愛好者無償提供。
2015年，賀陳弘校長將蝴蝶園正式編制，隸屬於教務處的「跨領域科學教育中心」；2018年清華成立「生物多樣性探索與學習中心」，致力推動生物多樣性教育，並於2019年將蝴蝶園納入生多中心，以專業維護蝴蝶園環境的同時，透過園區蝴蝶生態的變化，探究自然環境的變遷與影響。至此，蝴蝶園與生態、環境學門聯結，在新竹地區的生物多樣性教學活動中，成為珍貴的研究與學習資源。
