Santa Monica Studio založil v roce 1999 Allan Becker, dlouholetý zaměstnanec společnosti Sony, který se chtěl „vymanit z korporátní skupiny Foster City“ společnosti Sony Computer Entertainment. Studio vzniklo v kanceláři vedle vývojářského studia Naughty Dog, než se přestěhovalo do cihlové budovy na předměstí kalifornské Santa Moniky. Budova na Penn Station měla být obývána patnáct let. Pro svou první hru, závodní titul Kinetica, se studio Santa Monica rozhodlo vynechat konzoli PlayStation a místo toho vytvořilo hru pro jejího tehdejšího nástupce, PlayStation 2. Byl vyvinut herní engine, „který měl dát hře nohy“ pro Kineticu a další verze. Zatímco hra byla vyvíjena ve fázi budování týmu studia, producent Shannon Studstill se soustředil na to, aby vydání hry dokázalo společnosti Sony, že studio Santa Monica je schopno dodat produkt podle plánu a v rámci rozpočtu. Kinetica byla vydána včas v roce 2001, přičemž studio nepřekročilo přidělený rozpočet. Po vydání se Santa Monica Studio přeorientovalo na svůj další projekt, God of War, přičemž znovu použilo engine z Kineticy.
V rámci kanceláří v Santa Monice působilo Santa Monica Studio jako obchodní inkubátor pro nezávislá herní studia, zejména Thatgamecompany a její hru Journey, na jejímž vývoji se Santa Monica Studio podílelo. Mezi další inkubované týmy patří Broodworks, Eat Sleep Play, Fun Bits, Giant Sparrow, Incognito Entertainment, Q-Games a Ready at Dawn. Becker opustil studio Santa Monica v roce 2011. V březnu 2012 se Becker připojil k japonskému studiu společnosti Sony, zatímco Shannon se stal „starším ředitelem vývoje produktů“ ve studiu Santa Monica. V lednu 2014 studio Santa Monica oznámilo, že se ze svých kanceláří na Penn Station přestěhuje do The Reserve, 20akrového areálu na Jefferson Boulevard v Playa Vista v Los Angeles. Kancelářské prostory o rozloze 30 000 čtverečních stop (2 800 m2) byly podle Studstilla „čtyřikrát nebo pětkrát větší“ než jejich předchozí kancelář v Santa Monice. V té době studio zaměstnávalo zhruba 240 lidí. V únoru téhož roku byl kvůli zrušení nového duševního vlastnictví propuštěn blíže neurčený počet zaměstnanců, včetně Stiga Asmussena, který zrušený projekt vedl. Přestěhování studia bylo dokončeno 22. července 2014, spolu s novým logem, nazvaným SMS „Vanguard“.
V březnu 2020 Studstill opustil studio Santa Monica, aby vedl nové vývojářské studio pod hlavičkou Stadia. Následně byla do čela vývojářského studia dosazena Yumi Yang, dlouholetá zaměstnankyně a předchozí ředitelka vývoje produktů ve studiu Santa Monica.