Molte sono le testimonianze storico-artistiche rinvenibili nei giardini: dagli stessi giardini sono ancora visibili, ad esempio, le antiche Mura leonine in due tratti: quello più antico vicino alla Palazzina della Zecca, in prossimità della Fontana del Sacramento (detta anche delle Torri) e l'altro tratto, restaurato da Niccolò V, visibile sul colle insieme alle due grandiose torri circolari, dette torre della Radio e Torre Gregoriana (la cui seconda è il luogo usato prima da Leone XIII per l'edificazione di una palazzina utilizzabile come residenza estiva e poi, trasformata, diventerà nel 1891, la sede della Specola Vaticana, grazie all'apposito motu proprio di Leone XIII Ut mysticam).

Molte sono anche le fontane, fra le quali quella della Galera, risultato di tre secoli di elaborazioni e cambiamenti. Un galeone spara getti d'acqua dai suoi cannoni, e papa Urbano VIII lo celebrò con un distico latino: “Bellica Pontificem non fundit machina flammas/Sed dulcem belli qua perit ignis aquam” (La macchina da guerra dei papi non spara fiamme, bensì la dolce acqua che della guerra spegne il fuoco). Anche notevole è la fontana dell'Aquila: “vera e propria mostra dell'Acqua Paola a Roma, destinata a fare da pendant all'altra grande mostra, cioè al Fontanone del Gianicolo”.

Nei Giardini si trovano, oltre alle Mura, alle Casine e ai giochi d'acqua, anche tempietti, santuari e grotte dedicate alla Madonna, ad esempio quella dedicata alla Madonna della Guardia (1917) eretta dal genovese papa Benedetto XV, o la riproduzione della Grotta di Lourdes edificata nel 1902, dove si conclude il mese Mariano con la suggestiva processione “Aux Flambeaux”.