Santa Monica Studio foi fundado em 1999 por Allan Becker, um empregado de longa data da Sony que queria “sair do grupo corporativo Foster City” da Sony Computer Entertainment. O estúdio foi estabelecido em um escritório ao lado do desenvolvedor Naughty Dog antes de se mudar para um prédio de tijolos nos subúrbios de Santa Monica, Califórnia. O edifício na Penn Station seria ocupado durante quinze anos. Para seu primeiro jogo, o título de corrida Kinetica, Santa Monica Studio decidiu saltar o console PlayStation e construir o jogo para o então sucessor do console, o PlayStation 2. Foi desenvolvido um motor de jogo “para dar as pernas” para o Kinetica e para futuros lançamentos. Enquanto o jogo foi desenvolvido durante a fase de construção da equipe do estúdio, a produtora Shannon Studstill se concentrou no lançamento do jogo para provar à Sony que o Santa Monica Studio era capaz de entregar um produto dentro do prazo e do orçamento. O Kinetica foi lançado a tempo em 2001, com o estúdio ficando abaixo do orçamento alocado. Após a publicação, o Santa Monica Studio mudou para seu próximo projeto, God of War, enquanto reutilizava a engine do Kinetica.

Com os escritórios de Santa Monica, o Santa Monica Studio atuou como uma incubadora de negócios para estúdios de jogos indie, notadamente Thatgamecompany e seu jogo Journey, que o Santa Monica Studio co-desenvolveu. Outras equipes incubadas incluem Broodworks, Eat Sleep Play, Fun Bits, Giant Sparrow, Incognito Entertainment, Q-Games, e Ready at Dawn. Becker deixou o Estúdio Santa Monica em 2011. Em março de 2012, Becker se juntou ao Estúdio Japão da Sony, enquanto Shannon se tornou o “Diretor Sênior de Desenvolvimento de Produtos” do Estúdio Santa Monica. Em janeiro de 2014, o Santa Monica Studio anunciou que mudaria de seus escritórios da Penn Station para The Reserve, uma instalação de 20 acres na Jefferson Boulevard, em Playa Vista, Los Angeles. Os 30.000 pés quadrados (2.800 m2) de espaço de escritório eram “quatro ou cinco vezes o tamanho” do seu anterior escritório de Santa Monica, de acordo com a Studstill. Na época, o estúdio empregava cerca de 240 pessoas. Um número não revelado de funcionários foi demitido em fevereiro daquele ano devido ao cancelamento de uma nova propriedade intelectual, incluindo Stig Asmussen, que encabeçava o projeto cancelado. A mudança do estúdio foi concluída em 22 de julho de 2014, juntamente com um novo logotipo, chamado de SMS “Vanguard”.

Em março de 2020, Studstill deixou o Santa Monica Studio para liderar um novo estúdio de desenvolvimento sob a Stadia. Subsequentemente, um funcionário de longa data e anterior director de desenvolvimento de produto do Santa Monica Studio, Yumi Yang, foi instalado como chefe do estúdio do programador.