Santa Monica Studio zostało założone w 1999 roku przez Allana Beckera, wieloletniego pracownika Sony, który chciał „wyrwać się z korporacyjnej grupy Foster City” Sony Computer Entertainment. Studio powstało w biurze obok dewelopera Naughty Dog, po czym przeniosło się do ceglanego budynku na przedmieściach Santa Monica w Kalifornii. Budynek przy Penn Station miał być zajmowany przez piętnaście lat. W przypadku swojej pierwszej gry, wyścigowego tytułu Kinetica, studio Santa Monica zdecydowało się pominąć konsolę PlayStation i stworzyć grę na nadchodzącego następcę tej konsoli, PlayStation 2. Silnik gry został opracowany, „aby dać Kinetice i przyszłym produkcjom trochę mocy”. Podczas gdy gra została opracowana w fazie tworzenia zespołu, producent Shannon Studstill skupił się na jej wydaniu, aby udowodnić Sony, że Santa Monica Studio jest w stanie dostarczyć produkt zgodnie z harmonogramem i w ramach budżetu. Kinetica została wydana na czas w 2001 roku, a studio nie przekroczyło wyznaczonego budżetu. Po publikacji Santa Monica Studio zajęło się swoim kolejnym projektem, God of War, ponownie wykorzystując silnik z Kinetica.
W obrębie biur Santa Monica, Santa Monica Studio działało jako inkubator przedsiębiorczości dla niezależnych studiów gier, zwłaszcza Thatgamecompany i jej gry Journey, którą Santa Monica Studio współtworzyło. Inne inkubowane zespoły to Broodworks, Eat Sleep Play, Fun Bits, Giant Sparrow, Incognito Entertainment, Q-Games oraz Ready at Dawn. Becker opuścił Santa Monica Studio w 2011 roku. Do marca 2012 roku Becker dołączył do Japan Studio Sony, podczas gdy Shannon został „starszym dyrektorem ds. rozwoju produktu” w Santa Monica Studio. W styczniu 2014 roku Santa Monica Studio ogłosiło, że przeniesie się ze swoich biur na Penn Station do The Reserve, 20-akrowego obiektu przy Jefferson Boulevard w Playa Vista w Los Angeles. Według Studstilla, powierzchnia biurowa o wielkości 30.000 stóp kwadratowych (2.800 m2) była „cztery lub pięć razy większa” od poprzedniego biura w Santa Monica. W tym czasie studio zatrudniało około 240 osób. Nieujawniona liczba pracowników została zwolniona w lutym tego samego roku z powodu anulowania nowego projektu intelektualnego, w tym Stig Asmussen, który kierował anulowanym projektem. Przeniesienie studia zostało zakończone 22 lipca 2014 roku, wraz z nowym logo, nazwanym SMS „Vanguard”.
W marcu 2020 roku Studstill opuścił Santa Monica Studio, aby poprowadzić nowe studio deweloperskie pod nazwą Stadia. Następnie, długoletni pracownik i poprzedni dyrektor rozwoju produktu dla Santa Monica Studio, Yumi Yang, został zainstalowany jako szef studia deweloperskiego.