Première biozone à être visitée à l'entrée du parc, la Patagonie figure parmi les hauts lieux de la biodiversité. Située dans la partie méridionale de l’Amérique du Sud, à cheval sur l’Argentine et le Chili, elle mêle les côtes rocheuses de la Cordillère des Andes et les vastes plaines désertes de la pampa.
La biozone patagonienne présente trois écosystèmes dits contractés (présentant une juxtaposition de zones végétales et de sols nus) : la pampa, le milieu côtier froid et la forêt andine. Sur un fond de décor rocheux, entre plages et vastes étendues d’eau, les otaries à crinière (Otaria flavescens) se prélassent, en compagnie des manchots de Humboldt(Spheniscus humboldtii), espèce chère au zoo puisque déjà présente avant sa fermeture. Outre la vue plongeante sur le bassin, depuis des belvédères, on peut également observer de près les évolutions subaquatiques des otaries à travers des parois vitrées.
Dans le milieu ouvert de la pampa évolueront bientôt librement des nandous (Rhea pennata) voisines de l’autruche, des maras (Dolichotis patagonum) ou lièvre de Patagonie et des guanacos (Llama guanacoe) cousins du lama et de l’alpagua. La forêt andine abritera, elle, pumas (Puma concolor puma) et pudus des Andes (Pudu puda).
