As camélias, oriundas da China e do Japão, foram introduzidas no Parque da Pena por D. Fernando II na década de 1840. Plantado pelo jardineiro francês Bonnard e fornecida pelos mais prestigiantes viveiristas europeus, o Jardim das Camélias inclui, para além das cultivares internacionais em voga no século XIX, muitas cultivares portuguesas, das quais se destaca a coleção de 18 cultivares de Camellia japonica, desenvolvida pelo viveirista Marques Loureiro, do Porto, que representa uma árvore genealógica da casa constitucional de Bragança. Esta coleção foi galardoada em 1865, com o prémio da medalha de primeira classe na Exposição Internacional que decorreu no Palácio de Cristal, no Porto. A estas cultivares juntaram-se outras, que homenagearam várias personalidades da corte do séc. XIX e das Artes, ou que se destacaram ao longo da História de Portugal.

Em 2023, à coleção existente acrescentou-se uma nova que integra 10 híbridos de Camellia azalea, de origem chinesa. Esta espécie é nativa de uma área remota localizada na região montanhosa da província de Guangdong, na China, e foi descoberta apenas em 1985, constando da lista vermelha da IUCN como estando em Perigo Crítico de Extinção. Destaca-se das restantes espécies de camélia por apresentar um período de floração mais prolongado, de maio a fevereiro, com flores de cor vermelha e rosa vibrante, singelas, com pétalas ligeiramente fendidas na extremidade, e organizadas de forma semelhante às das azáleas. Esta coleção inédita foi adquirida pela Parques de Sintra ao viveirista António Assunção (Park Flavius), especialista em camélias, e vem valorizar a coleção original do Parque da Pena.

Desde 2009, a Parques de Sintra tem vindo a desenvolver o estudo, a classificação e a recuperação da extensa coleção de camélias do Parque da Pena, que inclui 3.858 exemplares concentrados principalmente em quatro locais: o Jardim das Camélias, o Jardim Rainha D. Amélia, o Jardim da Condessa d’Edla e o Alto do Chá. Este inventário incluiu o mapeamento em sistemas de informação geográfica, a identificação botânica das espécies e, por fim, a identificação das cultivares representadas na coleção. Atualmente, a coleção de camélias do Parque da Pena inclui 386 cultivares pertencentes a 38 espécies diferentes e 26 híbridos.