早期人类就能分辨出他们所接触到的植物，并给以命名。随科学的发展，人们开始把对植物的知识系统化，并且记录下来成为植物学。以后，进一步注意到它们的结构、化学组成、各部分的功能和繁殖方式。而且自从人类懂得了栽培植物，研究内容更包括了其营养生长和繁殖，以及选育良种和对病虫害的处理。

    20世纪植物学研究一方面走向微观，试求把植物的各种活动，物质、能量、信息的转化还原到细胞水平、分子水平、甚至电子水平，并创造了“细胞工程”、“基因工程”等方法以求迅速繁殖和创建植物新品种。另一方面特别是70年代以来，又趋向宏观，研究“环境保护”、“生态工程”等课题，甚至扩大到地球生物圈的组成及其调控的研究等。所以今天的植物学已发展为包括众多分支的知识体系。70年代以来又常称之为植物生物学。

    至少在旧石器时代，人类在采集植物块根和果实种子供食用的时候就认识了某些植物。希腊、埃及、巴比伦、中国、印度等文明古国对植物知识都有记述。如中国《诗经》就已经讲究“多识于鸟兽草木之名”。

    古希腊亚里士多德的学生提奥夫拉斯图被视为植物学的创始人。他在公元前300年写的《植物历史》或称《植物调查》一书，在哲学原理基础上将植物分类，描绘其各部分、习性和用途。罗马的老普林尼则把当时所有的植物学知识写在37册的《博物志》书中，开以后黑暗中世纪“百科全书学派”的先河，但谬误很多。

    后陆续出现许多有关植物方面的著述。如公元1世纪希腊医生迪奥斯科里德斯在其著作《药物论》中记述了600种植物及其医药用途的引证，成为以后描述药用植物的基础。15～16世纪本草著作中最有价值的是日耳曼的布龙费尔斯，意大利的马蒂奥利、英国的特纳等的著作。此时期约与中国明代中叶以后李时珍完成《本草纲日》同时。总之至17世纪前植物学几乎全限于描述(包括木刻画)和定性药用植物。

    17世纪的初期自然科学从以“机械哲学”为主导思想进入到“实验科学”阶段。植物学也从描述为主转到更有目的。有计划、有系统的收集资料，观测现象，以至于在控制条件下进行试验，并提出和考验理论与学说。这期间物理学、化学的发展及新工具如显微镜的应用也起了很大作用。

    现代植物分类基本原理为英国生物学家雷在17世纪末确立，他把有花植物分为单子叶和双子叶，进一步再分就包括迄今还沿用的许多植物科。雷坚持必须用植物的所有特征来判定他们的亲绦而不能只用单一部分的特征。这恰是自然分类和人为分类的区别所在。

    1753年瑞典植物学家林奈发表“植物种志”，确立了双名制。他将生殖性状(花)用作重要分类依据，他确立的24纲主要建立在花的雄蕊数目上；每个纲再用花柱的数目分成目。这个系统的简单性使人容易接受因而促进了植物的采集和调查，但由于此法含糊了自然分类而有害于植物学。如按林奈系统使百合和小檗同在一目，而鼠尾草和同类的薄荷却分了家。

    林奈的贡献还在于把约6000种植物归入各属(今天还用同样安排)，仔细描写，并校勘了他所知的种和以前植物学家的命名和描写，再按双字命名法命名。此法立即被其他植物学者所接受。只有从1753年开始，从一个学者到另一个学者去跟踪一种植物才比较容易和可能。此后与分类学进展相并行的植物解剖学、植物生理学、植物胚胎学等的研究也就发展起来了。

    自16世纪光学显微镜问世，瑞典人扬斯和扬森兄弟在1590年做成复合显微镜，17世纪名种型式显微镜出现后，由胡克、格鲁、马尔皮基开创了植物解剖学。

    1670～1674年，英国人格鲁和意大利人马尔皮基已能分辨木质部、导管和纤维髓细胞和树脂道的内部。英国人胡克发现细胞，他的细胞概念是一个由实心物质包围的空间(小室)。从那以后很久，植物学家才理解这些蜂房样的小室至少在幼期是含有生活物质的。第一个植物形态学家设想植物是由多种成分，包括导管、纤维、“囊”等组成的。日耳曼人施莱登和他的同伴动物学家施万在1839年首次提出细胞学说。从此细胞学成为一个独立的学科。

    在格鲁和雷的时代，生理学也开始了。雷做过树液运动、种子发芽和其他功能的实验。再早些年，荷兰人黑尔蒙特通过著名的桶栽柳技试验证明植物从水中取得物质。1742年英国人黑尔斯在所著的植物静力学中记载了关于树液流动和压力、蒸腾作用、失水和空气交换气体等方面的124个实验，他被认为是植物生理学的创始人。

    1774年英国人工普里斯特利指出植物在阳光下释放氧气。这些气体(氧气、二氧化碳)和植物的相互关系进一步由英恩豪斯(1779)和法国人索绪尔(1804)阐明。后者将定量方法引入研究，并示明水和二氧化碳一样被吸收。自此关于绿色植物在光下吸收水分和二氧化碳增重(制造食物)的光合作用被发现。

    17～18世纪，卡梅拉里乌斯及布尔哈夫等人观察到植物的性别、花粉及受精作用等现象，推动了植物胚胎学等的发展。

    到19世纪中期植物学各分支学科已基本形成。达尔文、孟德尔的工作更为植物进化观和遗传机制的确立打下了基础。

    20世纪特别是50年代以来，植物学又有了飞速发展，主要是植物生理学、生物化学和遗传学等的成就，如光合作用机理的阐明，光敏素、植物激素的发现，微量元素的发现，遗传育种技术、同位素计年法建立，以及抗生物质的分离等，使植物学在经济上更为重要，成为园艺学、农业和环境科学的重要理论基础。

    现代植物学以研究层次和重点不同而划分为五个主要分支：

    植物形态学是研究植物的形态和结构(由细胞到器官各个层次)的学科，分支学科有植物细胞学、解剖学(专注于内部结构)、组织学(关心特殊种类细胞的性质)、植物胚胎学等。

    植物生理学是研究植物各部分或整体的功能和行为的学科，它和植物生物化学紧密相联。后者研究植物生命过程中化学组成和变化。植物生物化学还有一个重要分支——植物化学——研究植物次生代谢的化学产品。

    植物遗传学是研究植物的种质和遗传、变异等现象的学科(因此和研究植物进化相联系)。

    植物生态学是研究植物和其环境的关系的学科。在其定义上还更广泛一些，因为除去它本身特殊的方法之外，它既牵涉到区系学也牵涉到生理学。和它紧密联系的是植物地理学(包括地植物学)研究植物和地球表面的关系和植物社会学(植物群落学)研究植物群落。

    植物分类学是研究植物的分类和命名的学科，它们的系统和演化(包括区系学，研究特定区域的全部植物，其种类分布、起源和发展)。这些区分并不是绝对的，为明了植物的功能和行为，必须了解植物结构的一些知识。分类学家在一个谱系的理论上来将植物分类，他也要关心进化。植物细胞学研究植物的各个细胞，部分是形态学，部分是生理学，而部分是遗传学等等。

    此外，还有些特别分支如以研究对象的类群不同而划分的分支，如藻类学。藻类象真菌一样相当小而简单，但有各种色素能自制食物。它们组成海洋浮游生物的大部分，在未来可能是人类食物的重要来源。地衣学研究藻菌共生的地衣。

    苔藓学研究较大多数植物稍小而生殖过程较复杂的苔藓植物。蕨类学研究更大的开始有维管束的植物，在这一类群中有石松、木贼和羊齿，并研究它们怎样向有花植物迈进。与应用密切相关的分支则有经济植物学，探讨植物和它们用途的各个方面。

    民俗植物学则对各民族利用植物的不同方式感兴趣。古植物学研究已绝灭的植物(又是古生物学的分支)，它们是写在岩石里面的进化史。孢粉学研究远古的花粉、孢子，也属微古生物学的一个重要方面。当然古植物学和孢粉学也是研究植物进化和植物地理学尤其是植物历史地理学和区系学的重要手段。