Santa Monica Studion perusti vuonna 1999 Allan Becker, pitkäaikainen Sonyn työntekijä, joka halusi ”irrottautua Sony Computer Entertainmentin Foster Cityn yritysryhmästä”. Studio perustettiin toimistoon kehittäjä Naughty Dogin viereen ennen kuin se muutti tiilirakennukseen Santa Monican esikaupunkialueelle, Kaliforniaan. Penn Stationilla sijaitseva rakennus olisi käytössä viidentoista vuoden ajan. Ensimmäisessä pelissään, kilpa-ajopelissä Kinetica, Santa Monica Studio päätti jättää PlayStation-konsolin väliin ja rakensi pelin sen sijaan konsolin tulevalle seuraajalle, PlayStation 2:lle. Kineticalle ja tuleville julkaisuille kehitettiin pelimoottori, ”jotta se saisi jalat alleen”. Vaikka peliä kehitettiin studion tiimirakennusvaiheessa, tuottaja Shannon Studstill keskittyi pelin julkaisuun todistaakseen Sonylle, että Santa Monica Studio kykeni toimittamaan tuotteen aikataulussa ja budjetissa. Kinetica julkaistiin ajallaan vuonna 2001, ja studio pysyi alle budjetin. Julkaisun jälkeen Santa Monica Studio siirtyi seuraavaan projektiinsa, God of Wariin, samalla kun se käytti Kinetican moottoria uudelleen.
Santa Monican toimistoissa Santa Monica Studio toimi yrityshautomona indie-pelistudioille, erityisesti Thatgamecompanylle ja sen pelille Journey, jonka Santa Monica Studio oli mukana kehittämässä. Muita hautomossa toimineita tiimejä ovat Broodworks, Eat Sleep Play, Fun Bits, Giant Sparrow, Incognito Entertainment, Q-Games ja Ready at Dawn. Becker jätti Santa Monica Studion vuonna 2011. Maaliskuuhun 2012 mennessä Becker oli siirtynyt Sonyn Japan Studio -studioon, ja Shannonista tuli Santa Monica Studion ”Senior Director of Product Development”. Tammikuussa 2014 Santa Monica Studio ilmoitti muuttavansa Penn Stationin toimistosta The Reserveen, joka on 20 hehtaarin suuruinen tila Jefferson Boulevardilla Playa Vistassa, Los Angelesissa. Studstillin mukaan 30 000 neliöjalkaa (2 800 m2) toimistotilaa oli Studstillin mukaan ”neljä tai viisi kertaa suurempi” kuin heidän aiempi Santa Monican toimistonsa. Tuolloin studiossa työskenteli noin 240 ihmistä. Saman vuoden helmikuussa irtisanottiin tuntematon määrä työntekijöitä uuden henkisen omaisuuden peruuttamisen vuoksi, mukaan lukien Stig Asmussen, joka johti peruttua projektia. Studion muutto saatiin päätökseen 22. heinäkuuta 2014 yhdistettynä uuteen logoon, jota kutsuttiin SMS ”Vanguardiksi”.
Maaliskuussa 2020 Studstill jätti Santa Monica Studion ja siirtyi johtamaan uutta kehitysstudiota Stadian alaisuuteen. Tämän jälkeen pitkäaikainen työntekijä ja Santa Monica Studion aiempi tuotekehitysjohtaja Yumi Yang asetettiin kehittäjän studiopäälliköksi.