[4]​A medida que el canal creció en suscriptores, los ejecutivos de la empresa con sede en Atlanta buscaron programación original para complementar su catálogo.

[13]​ La inauguración oficial del edificio se produjo el 24 de agosto del 2000; Brian A. Miller y Jennifer Pelphrey, ex empleados de DiC y Nickelodeon, fueron contratados para administrar el estudio.

[16]​ Sus artistas rápidamente subieron a su escalera con garabatos y otros grafitis que llenaron sus veinte años de historia; También albergaba un mural del artista Ian Anderson titulado Mazeway to Heaven.

[18]​Además, el estudio estrenó este año su única película en cines hasta la fecha: The Powerpuff Girls Movie, basada en The Powerpuff Girls, la cual recibió críticas positivas por parte de la crítica, pero tuvo un mal desempeño en taquilla.

En 2006, Cartoon Network Studios colaboró con el estudio hermano Williams Street por primera vez para Korgoth of Barbaria, un piloto de televisión realizado para Adult Swim, que tampoco recibió luz verde como serie.

[19]​ En 2007, Cartoon Network Studios comenzó su primera incursión en la acción real con la serie híbrida Out of Jimmy's Head, y luego su primer proyecto completamente de acción real, Ben 10: Carrera contra el tiempo y su secuela, Ben 10: Alien Swarm, junto con los pilotos de televisión Locker 514, Siblings y Stan the Man.

La primera serie de acción real del estudio, Tower Prep, llegaría en 2010.

[24]​ En 2019, se anunció una continuación, titulada Adventure Time: Distant Lands para HBO Max con lanzamiento en 2020.

Los pilotos de Regular Show y Uncle Grandpa se presentaron aquí, entre otros cortos, y el piloto de Uncle Grandpa también sirvió como base para Secret Mountain Fort Awesome, que precedió a la serie real.

En 2014, Cartoon Network Studios produjo su primera miniserie, Más allá del jardín.

Al año siguiente también se estrenó Long Live the Royals.

En 2016, el estudio produjo dos reinicios basados en The Powerpuff Girls y Ben 10 respectivamente.

También este año, se anunció que Cartoon Network Studios, en colaboración con Studio T, produciría la serie animada para adultos Close Enough para TBS, creada por el creador de Regular Show, J. G.

Los primeros cinco episodios también se empaquetaron para un estreno limitado en cines como un largometraje titulado Primal: Tales of Savagery.

[36]​ Cartoon Network Studios también comenzó a producir contenido para el próximo servicio de streaming de la empresa matriz WarnerMedia: HBO Max, incluido Adventure Time: Distant Lands.

[37]​ En la década de 2010, el estudio comenzó a quedarse pequeño en su edificio original y comenzó a alquilar espacio en otras instalaciones en el distrito Burbank Media Center.

La fusión no afectaría su producción como sellos, ya que Cartoon Network Studios continuaría enfocándose en contenido original y Warner Bros.