1956年，由中科院与北京市联合上报国务院的“筹建北京植物园建议书”得到批复，国务院批准设立北京植物园，由中国科学院植物研究所和北京市人民委员会园林局共同领导，并拨经费560万元，用于第一期建园工作。

于是，北京植物园在香山脚下诞生。1957年，中科院植物研究所和北京市园林局共同组成了“专家规划设计委员会”，对北京植物园进行了总体规划设计。规划以莫斯科植物园为蓝本，满足科研和科普两方面的需要。规划确定，香颐路之北作为植物展览区，香颐路之南作为植物研究试验区。

然而1960年前后，国家遭受自然灾害，建设专款被冻结，建园工作停顿，中国科学院与北京市合作也随之结束。香颐路之南归中科院植物研究所所有，后建成中国科学院植物研究所北京植物园，简称“南园”。20世纪90年代，中科院植物所也从动物园迁至植物园内。香颐路之北归北京市园林局所有，建成北京植物园。南北两园为两个独立单位，各自发展演变。

改革开放以后，北京植物园陆续建成了牡丹园、月季园等约10个植物观赏区专类园，其热带植物展览温室还被评为20世纪90年代的北京十大建筑。如今每年的市花展，均有络绎不绝的游客前来观赏月季、菊花竞相开放的盛况。官网显示，园内收集展示各类植物10000余种共计150万余株。

2022年4月18日，国家植物园在北京揭牌。新成立的国家植物园前身为北京市植物园（北植）和中科院植物研究所北京植物园（南植）。两园均坐落在北京西山脚下，一年四季风景如画，四时各有不同。