Joséphine s’intéresse de près aux aménagements du parc et ne se lassera jamais de l’agrandir, transformant une propriété de 60 hectares lors de son acquisition en un domaine de 726 hectares (dont 70 de parc enclos) en 1814. Pour le rénover, elle fait d’abord confiance aux architectes Percier et Fontaine qui commencent la clôture du parc en 1801 puis construisent d’importantes écuries, des pavillons de garde, un piquet de cavalerie et une grille sur la grande route. Leurs projets de jardin botanique composé de serres chaudes de ménagerie et de volière ne lui apportent pas satisfaction car elle les juge trop classiques, ses goûts personnels l’orientant plutôt vers les jardins à l’anglaise.
Leur successeur Jean-Marie Morel, connu comme le « patriarche des jardins anglais », commence la construction d’une grande serre chaude, puis entreprend un chalet suisse dans le parc et trois maisons au bord de l’étang de Saint-Cucufa qui vont servir de vacherie, de laiterie et de maison pour le couple de vachers qu’elle fait venir de Suisse.
La grande serre est achevée en 1805 par d’autres architectes, Thibault et Vignon, qui bâtissent également une bergerie pour accueillir le troupeau de moutons mérinos dont l’élevage doit fournir suffisamment de laine pour les vêtements militaires et pour servir d’exemple à d’autres bergeries impériales.
Leur succède Berthault qui sait parfaitement comprendre les goûts de Joséphine et restera à son service jusqu’à sa disparition. Il retrace entièrement le parc enclos de 70 hectares et le ponctue de fabriques comme un Temple de l’Amour, un monument tumulaire à la Mélancolie, une grotte faite de rochers amenés de Fontainebleau et un bassin surmonté d’une statue de Neptune. Il dégage la vue depuis le Château en intégrant des monuments existants comme l’aqueduc de Marly ou le Château de Saint Germain dessinant ainsi un "parc paysagé" et créant l’atmosphère que la souveraine désire.
Au milieu de la pelouse une rivière sinueuse s’élargit pour créer un petit lac navigable et mène vers la grande serre. La grande serre chaude est achevée, surpassant tout ce qui existe alors dans ce domaine. D’une longueur de 50 mètres elle est adossée sur un bâtiment abritant des salons qui servent également de galerie pour les collections de vases grecs et d’où l’on peut admirer les plantes. Chauffée par de grands poêles à charbon, ses dimensions exceptionnelles permettent d’accueillir des arbustes hauts de 5 mètres sous une très grande surface de verre. Joséphine s’efforce d’y cultiver des plantes rares et d’y acclimater des végétaux exotiques qu’elle fait venir d’Europe mais aussi d’autres continents grâce aux relations qu’elle entretient avec des botanistes, des pépiniéristes et avec les savants du Museum d’histoire naturelle. Des expéditions maritimes comme le voyage du capitaine Baudin lui permettent d’obtenir des graines et des plantes nouvelles qui enrichissent son jardin d’essai dont elle fait largement profiter d’autres passionnés.
Environ 200 plantes fleurissent pour la première fois en France à Malmaison comme le magnolia pourpre, la pivoine arbustive, l’hibiscus, le camélia ou le dalhia. Elle rassemble également plus de 250 espèces de roses qui sont plantées en buisson dans le parc ou dans des pots que l’on sort en juin. A sa demande le célèbre illustrateur P.J. Redouté, nommé peintre de fleurs de l’Impératrice en 1805, réalise 120 planches reproduisant les plus belles plantes de Malmaison pour une publication intitulée "le jardin de la Malmaison". Elle l’incite également à entreprendre un ouvrage consacré aux roses qui le rendra célèbre. Loin d’être une fantaisie, cette passion pour les sciences naturelles l’amène également à s’intéresser à la zoologie et elle tente d’acclimater dans le parc des animaux rares comme les cygnes noirs d’Australie. Sa ménagerie lui acquiert même une certaine réputation et des animaux vivants lui sont envoyés d’Europe mais aussi d’Afrique, d’Amérique ou d’Australie : autruches, émeus, kangourous, orang-outang ou zèbre mais également de nombreux oiseaux dont des perroquets. Toutefois, leur entretien nécessitant un personnel spécialisé et entraînant des frais conséquents, dès 1805 certains animaux sont transportés au Muséum et les activités de l’Impératrice se recentrent sur la botanique.
Après sa mort en 1814, les plantes ne vont pas lui survivre très longtemps faute d’entretien et le domaine de 726 hectares est peu à peu morcelé. Aujourd’hui c’est un parc de 6 hectares qui reflète encore la passion de l’Impératrice par la réintroduction des plantes qu’elle a connues et la mise en valeur des monuments et de la perspective paysagère qui sont conservés.