Santa Monica Studio blev grundlagt i 1999 af Allan Becker, en mangeårig Sony-ansat, der ønskede “at bryde ud af Foster City-koncernen” i Sony Computer Entertainment. Studiet blev etableret i et kontor ved siden af udvikleren Naughty Dog, inden det flyttede ind i en murstensbygning i en forstad til Santa Monica i Californien. Bygningen på Penn Station ville blive beboet i femten år. I forbindelse med sit første spil, racingtitlen Kinetica, besluttede Santa Monica Studio at springe PlayStation-konsollen over og byggede i stedet spillet til konsollens dengang kommende efterfølger, PlayStation 2, i stedet. Der blev udviklet en spilmotor “for at give det nogle ben” til Kinetica og fremtidige udgivelser. Mens spillet blev udviklet i studiets teambuilding-fase, fokuserede producenten Shannon Studstill på spillets udgivelse for at bevise over for Sony, at Santa Monica Studio var i stand til at levere et produkt til tiden og inden for budgettet. Kinetica blev udgivet til tiden i 2001, og studiet holdt sig under det tildelte budget. Efter udgivelsen gik Santa Monica Studio over til sit næste projekt, God of War, mens det genbrugte motoren fra Kinetica.

I Santa Monica-kontorerne fungerede Santa Monica Studio som en inkubator for indie-spilstudier, især Thatgamecompany og deres spil Journey, som Santa Monica Studio var medudvikler af. Blandt de andre teams, der blev udklækket, kan nævnes Broodworks, Eat Sleep Play, Fun Bits, Giant Sparrow, Incognito Entertainment, Q-Games og Ready at Dawn. Becker forlod Santa Monica Studio i 2011. I marts 2012 havde Becker sluttet sig til Sony’s Japan Studio, mens Shannon blev Santa Monica Studios “Senior Director of Product Development”. I januar 2014 meddelte Santa Monica Studio, at de ville flytte fra deres kontorer på Penn Station til The Reserve, et 20 hektar stort anlæg på Jefferson Boulevard i Playa Vista i Los Angeles. Kontorarealet på 30.000 kvadratfod (2.800 m2) var ifølge Studstill “fire eller fem gange så stort” som deres tidligere kontor i Santa Monica. På det tidspunkt havde studiet ca. 240 ansatte. Et ukendt antal medarbejdere blev afskediget i februar samme år på grund af aflysningen af en ny intellektuel ejendom, herunder Stig Asmussen, som stod i spidsen for det aflyste projekt. Studiets flytning blev afsluttet den 22. juli 2014, kombineret med et nyt logo, der blev døbt SMS “Vanguard”.

I marts 2020 forlod Studstill Santa Monica Studio for at lede et nyt udviklingsstudie under Stadia. Efterfølgende blev en mangeårig medarbejder og tidligere direktør for produktudvikling i Santa Monica Studio, Yumi Yang, indsat som chef for udviklerens studio.