Santa Monica Studio werd in 1999 opgericht door Allan Becker, een oud-werknemer van Sony die “zich wilde losmaken van de corporate Foster City-groep” van Sony Computer Entertainment. De studio werd gevestigd in een kantoor naast de ontwikkelaar Naughty Dog alvorens te verhuizen naar een bakstenen gebouw in de buitenwijken van Santa Monica, Californië. Het gebouw aan Penn Station zou vijftien jaar in gebruik blijven. Voor de eerste game, de racetitel Kinetica, besloot Santa Monica Studio de PlayStation-console over te slaan en in plaats daarvan de game te bouwen voor de toen opkomende opvolger van de console, de PlayStation 2. Er werd een game engine ontwikkeld “om de game wat benen te geven” voor Kinetica en toekomstige releases. Terwijl het spel werd ontwikkeld tijdens de teambuildingsfase van de studio, concentreerde producer Shannon Studstill zich op de release van het spel om aan Sony te bewijzen dat Santa Monica Studio in staat was een product op tijd en binnen het budget af te leveren. Kinetica werd op tijd uitgebracht in 2001, waarbij de studio onder het toegewezen budget bleef. Na publicatie ging Santa Monica Studio verder met zijn volgende project, God of War, terwijl de engine van Kinetica opnieuw werd gebruikt.
In de kantoren van Santa Monica fungeerde Santa Monica Studio als een kweekvijver voor indie-gamestudio’s, met name Thatgamecompany en zijn spel Journey, dat Santa Monica Studio mede-ontwikkelde. Andere geïncubeerde teams zijn Broodworks, Eat Sleep Play, Fun Bits, Giant Sparrow, Incognito Entertainment, Q-Games en Ready at Dawn. Becker verliet Santa Monica Studio in 2011. In maart 2012 ging Becker aan de slag bij Sony’s Japan Studio, terwijl Shannon de “Senior Director of Product Development” van Santa Monica Studio werd. In januari 2014 kondigde Santa Monica Studio aan dat het zou verhuizen van hun Penn Station kantoren naar The Reserve, een 20-acre faciliteit op Jefferson Boulevard in Playa Vista, Los Angeles. De 2.800 m2 grote kantoorruimte was volgens Studstill “vier of vijf keer zo groot” als hun vorige kantoor in Santa Monica. Op dat moment had de studio ongeveer 240 mensen in dienst. Een onbekend aantal personeelsleden werd in februari van dat jaar ontslagen als gevolg van de annulering van een nieuw intellectueel eigendom, waaronder Stig Asmussen, die aan het hoofd stond van het geannuleerde project. De verhuizing van de studio werd voltooid op 22 juli 2014, gekoppeld aan een nieuw logo, dat de naam SMS “Vanguard” kreeg.
In maart 2020 verliet Studstill Santa Monica Studio om een nieuwe ontwikkelingsstudio onder Stadia te leiden. Vervolgens werd een lange tijd werknemer en voormalig directeur van productontwikkeling voor Santa Monica Studio, Yumi Yang, geïnstalleerd als studiohoofd van de ontwikkelaar.