Bysøparken er en meget hyggelig lille bypark, med en smuk sø og intime beplantede rum til ophold. Midt på græsplænen nord for søen, står en stor bevaringsværdig Vingevalnød, som er en af kommunens smukkeste og største eksemplarer af arten.
Bysøparkens sø stammer helt tilbage fra middelalderen. Den oprindelige bysø var Holbæks gamle gadekær, og lå omtrent der, hvor græsplænen nord for søen ligger i dag. Næsten alle byens gårde havde dyr, som blev ledt til søen for at drikke. Holbæks indbyggere drak vandet fra bysøen, og desuden anvendte flere af byens øl- og brændevinsbryggere vandet i produktionen til deres øl og brændevin. Indbyggere som ikke havde adgang til en brønd, anvendte søens vand til husholdningsbrug, og endvidere var gadekæret byens branddam.
I 1819 blev det besluttet, at den gamle bysø skulle oprenses og uddybes. Dengang kendte man ikke sammenhængen mellem forurening og smittefare, det blev man først klar over senere i 1800-tallet. En undersøgelse i 1882 viste, at vandet i 20 brønde i Holbæk var af ussel kvalitet, og da en ny undersøgelse syv år senere viste, at kun 127 af byens 276 ejendomme blot havde nogenlunde brugeligt vand, var der ingen vej uden om. I sommeren 1883 blev den nuværende sø i Bysøparken udgravet som et vandbassin til Dampmøllen. Holbæk fik sit første vandværk i 1890.
Frederik VII’s marmorbuste, som tidligere havde stået foran det gamle posthus, blev i 1935 flyttet til Bysøparken. Dermed løstes nogle store problemer med parkerings- og tilkørselsforhold ved banegården og rutebilstationen, som byrådet havde diskuteret i flere år. Busten, som er en kopi af H.V. Bissens portrætbuste af Frederik VII, står på en kanneleret søjle på et fundament af bevingede løver og kornaks. Fundament, søjle og buste er udført af billedhuggeren Carl Julius Rosenfalk. Holbæk Amts Venstreblad skriver dagen efter, byrådet traf beslutningen om at flytte kongen, at de nybagte studenter fra Stenhus har den skik, at de laurbærkranser busten som et led i deres triumftog efter overstået eksamen. Studenterne hyldede ham som grundlovens og frihedens giver.
Den lyttende Pige, som er placeret ved Bysøparkens nordlige ende, er en gave til Holbæk Kommune fra Ny Carlsbergfondet i 1936 i forbindelse med byens 650 års jubilæum. Skulpturen er skabt af Jens Jacob Bregnø (1877-1946), som var en alsidig kunstner. Bregnø var repræsenteret på adskillige udstillinger i Danmark og i udlandet. Han modtog Eckers bergmedaljen i 1910. Han meldte sig ind i det danske nazistparti i 1940, hvorefter der blev stille omkring ham.