Helsingin yliopisto perustettiin Turussa 1640. Perustettaessa siitä käytettiin nimeä Turun Kuninkaallinen Akatemia (Kungliga Akademien i Åbo), joka toimi osana Ruotsin yliopistoverkostoa vuosina 1640–1809.
Turun Kuninkaallisen Akatemian ensimmäinen kasvitieteellinen puutarha perustettiin lääketieteen professori Tillandzin toimesta 1678. Puutarha rappeutui isovihan eli suuren Pohjan sodan (1700–1721) aikaisen venäläismiehityksen aikana ja avattiin uudelleen 1757. Sen suunnittelivat professorit Leche ja Kalm. Kalm oli koko professuurinsa ajan puutarhan ainoa akateeminen henkilö. Demonstraattorin virka perustettiin 1778. Tehtävänä oli opettaa lääkekasvioppia puutarhassa ja vastata osaltaan puutarhan toiminnasta.
Luonnonhistorian ja talousopin professori Carl Niclas Hellenius oli ensimmäinen suomalainen, joka kuvasi tieteelle uusia eläin- ja kasvilajeja. Helleniuksen aikana vuonna 1809 Suomi liitettiin Venäjään suuriruhtinaskuntana, jolloin Akatemia sai uuden nimen.
Carl Reinhold Sahlberg valittiin luonnonhistorian professoriksi Helleniuksen jälkeen 1818. Yliopisto jäi Turkuun, vaikka Helsingistä oli tullut pääkaupunki vuonna 1812. Carl Reinhold Sahlberg jatkoi luonnonhistorian professorina tämän jakson. Kun Turku paloi 1827, päätti keisari Nikolai I siirtää yliopiston Helsinkiin, ja yliopiston nimi muuttui taas, Keisarillinen Aleksanterin yliopisto.
Myös kokoelmat ja kasvitieteellinen puutarha tuhoutuivat Turun palossa. Keisarillisen Turun Akatemian herbaarioissa mainitaan olleen 1811 näytteitä noin 10 000 kasvilajista. Vain neljä kuukautta palon jälkeen tehtiin päätös, että uusi kasvitieteellinen puutarha rakennetaan Kaisaniemeen.
Helsingin yliopiston ensimmäiseksi eläin- ja kasvitieteen professoriksi nimetty Carl Reinhold Sahlberg ryhtyi ponnekkaasti edistämään uutta puutarhaa ja kokoamaan uusia kasvikokoelmia. Ensimmäiset puutarhakasvit tuotiin Turun tuhoutuneesta kasvitieteellisestä puutarhasta.
Pietarin kasvitieteellisen puutarhan ylipuutarhuri Franz Faldermann suunnitteli Kaisaniemen puutarhan pohjakaavan ja Pietarista lahjoitettiin runsaasti kasveja. Kasvitieteen instituutin rakennus valmistui ensimmäisenä, syksyllä 1831.
Uuden herbaarion perustaksi ostettiin vuonna 1828 Sahlbergin Turun palolta säästynyt yksityiskokoelma (5132 näytettä), sekä pian sen jälkeen useita muita kokoelmia, muun muassa tieteellisesti erittäin arvokas Erik Achariuksen jäkäläkokoelma Ruotsista. Kasvikokoelmat sijoitettiin vuonna 1832 valmistuneeseen yliopiston päärakennukseen.
Muita merkittäviä lisäyksiä kokoelmiin olivat Krimillä vaikuttaneen suomalaisen Christian von Stevenin 23 000 lajia käsittävä herbaario, professori William Nylanderin jäkäläkokoelma (52 000 näytettä) ja kirjasto, professori Sextus Otto Lindbergin 47 000 näytteen sammalkokoelma ja sammalkirjasto.
Vanha talousopin ja luonnonhistorian professuuri nimettiin vuonna 1828 eläin- ja kasvitieteen professuuriksi. Sahlberg hoiti tätä virkaa vuoteen 1841. Sahlbergin tutkimuskohteena olivat kovakuoriaset. Hän oli myös innokas puutarha-alan edistäjä, ja perusti Yläneelle Suomen suurimman hedelmäpuutarhan.
Sahlbergin seuraaja oli Johan Magnus af Tengström. Tengström laati ulkomuistista lajiluettelon Turun aikaisesta herbaariosta, ja hän kokosi 1843 Kasvitieteellisen puutarhan ensimmäisen siemenvaihtoluettelon. Hänet nimitettiin virkaan 1842, ja hän toimi eläin- ja kasvitieteen professorina vuoteen 1847 ja kasvitieteellisen puutarhan esimiehenä vuoteen 1849 asti.
Alexander von Nordmann toimi Aleksanterin yliopiston eläin- ja kasvitieteen professorina 1849–1852, eläintieteen professorina 1852–1866. Professuuri jaettiin kahdeksi viraksi 1852. Nordmann siirtyi Helsinkiin Odessasta. Nordmann oli aikansa tunnetuimpia paleontologeja. Loismato-tutkimustensa (Diplozoon paradoxum) ansiosta hänet kutsuttiin 1832 professoriksi Richelieun lyseoon Odessaan, ja 1833 myös Odessan kasvitieteellisen puutarhan johtajaksi.
Kun Suomi itsenäistyi vuonna 1917, muutettiin yliopiston nimeä 1919 neljännen kerran, joka on nykyisin käytössä oleva Helsingin yliopisto.
Harald Lindberg oli Kasvimuseon ensimmäinen kustos, 1910–1941. Hän oli yksi Suomen merkittävimmistä kasvitaksonomeista 1900-luvulla. Fredrik Elfving jatkoi kasvitieteen professorina vuoteen 1926.