Santa Monica Studio a fost fondat în 1999 de Allan Becker, un vechi angajat Sony care dorea „să iasă din grupul corporatist din Foster City” al Sony Computer Entertainment. Studioul a fost înființat într-un birou de lângă dezvoltatorul Naughty Dog, înainte de a se muta într-o clădire de cărămidă în suburbiile din Santa Monica, California. Clădirea de la Penn Station avea să fie ocupată timp de cincisprezece ani. Pentru primul său joc, titlul de curse Kinetica, Santa Monica Studio a decis să renunțe la consola PlayStation și a construit în schimb jocul pentru viitorul succesor al consolei, PlayStation 2, care urma să apară la acea vreme. A fost dezvoltat un motor de joc „pentru a da ceva picioare” pentru Kinetica și pentru viitoarele lansări. În timp ce jocul a fost dezvoltat în timpul fazei de formare a echipei studioului, producătorul Shannon Studstill s-a concentrat pe lansarea jocului pentru a dovedi celor de la Sony că Santa Monica Studio era capabil să livreze un produs la timp și cu respectarea bugetului. Kinetica a fost lansat la timp în 2001, studioul rămânând sub bugetul alocat. După publicare, Santa Monica Studio a trecut la următorul proiect, God of War, reutilizând în același timp motorul de la Kinetica.

În cadrul birourilor din Santa Monica, Santa Monica Studio a acționat ca un incubator de afaceri pentru studiourile de jocuri indie, în special Thatgamecompany și jocul său Journey, pe care Santa Monica Studio l-a dezvoltat în colaborare. Printre alte echipe incubate se numără Broodworks, Eat Sleep Play, Fun Bits, Giant Sparrow, Incognito Entertainment, Q-Games și Ready at Dawn. Becker a părăsit Santa Monica Studio în 2011. Până în martie 2012, Becker s-a alăturat Studioului Sony din Japonia, în timp ce Shannon a devenit „Senior Director of Product Development” al Santa Monica Studio. În ianuarie 2014, Santa Monica Studio a anunțat că se va muta din birourile de la Penn Station în The Reserve, o facilitate de 20 de acri pe Jefferson Boulevard în Playa Vista, Los Angeles. Cei 30.000 de metri pătrați (2.800 m2) de spații de birouri erau „de patru sau cinci ori mai mari” decât biroul lor anterior din Santa Monica, potrivit lui Studstill. La acea vreme, studioul avea aproximativ 240 de angajați. Un număr nedeclarat de angajați au fost concediați în luna februarie a aceluiași an din cauza anulării unei noi proprietăți intelectuale, inclusiv Stig Asmussen, care a condus proiectul anulat. Relocarea studioului a fost finalizată la 22 iulie 2014, împreună cu un nou logo, denumit SMS „Vanguard”.

În martie 2020, Studstill a părăsit Santa Monica Studio pentru a conduce un nou studio de dezvoltare sub numele Stadia. Ulterior, un angajat de mult timp și directorul anterior de dezvoltare a produselor pentru Santa Monica Studio, Yumi Yang, a fost instalat ca șef al studioului de dezvoltare.

.