研究植物的生物學分支。所有的動物(包括人類)都不能不靠綠色植物的光合作用能力把日光能轉化為化學能，釋放出氧氣來維持其生活。植物是人類食、衣、用、住、行原料的直接或間接來源，是維持生物圈生態平衡的重要環節。早期人類就能分辨出他們所接觸到的植物，並加以命名。隨著文化發展，人們開始把對植物的知識系統化，並且記錄下來成為植物學。以後，進一步註意到植物的結構、化學組成、各部分的功能和繁殖方式。自從人類懂得瞭栽培植物，研究內容更包括瞭其營養生長和繁殖，以及選育良種和對對病蟲害的處理。20世紀植物學研究一方面走向微觀，試求把植物的各種活動，物質、能量、信息的轉化還原到細胞水平、分子水平、甚至電子水平，並創造瞭“細胞工程”、“基因工程”等方法以求迅速繁殖和培育植物新品種。另一方面，特別是70年代以來，又趨向宏觀，研究“環境保護”、“生態工程”等課題，甚至擴大到地球生物圈的組成及其調控的研究等。今天的植物學已發展為包括眾多分支的知識體系。70年代以來又常稱之為植物生物學。
淵源 人類與植物的關系可以分為兩大階段。
早期歷史 至少在舊石器時代，人類在采集植物塊根和果實種子供食用的時候就認識瞭某些植物。希臘、埃及、巴比倫、中國、印度等文明古國對植物知識都有記述。如中國《詩經》就提到“多識於鳥獸草木之名”。古希臘亞裡士多德的學生提奧夫拉斯圖被視為植物學的創始人。他在公元前300年寫的《植物歷史》（又稱《植物調查》）一書，在哲學原理基礎上將植物分類，描繪其各部分、習性和用途。羅馬的老普林尼則把當時所有的植物學知識寫在37冊的《博物志》書中，開“百科全書學派”的先河，但謬誤很多。以後陸續出現許多有關植物方面的著述，如公元1世紀希臘醫生P.迪奧斯科裡德斯在其著作《藥物論》中記述瞭600種植物及其醫藥用途的引證，成為以後描述藥用植物的基礎。15～16世紀本草著作中最有價值的是日耳曼的O.佈龍費爾斯、意大利的P.A.G.馬蒂奧利、英國的W.特納等的著作。此時期約與中國明代中葉以後李時珍完成《本草綱目》同時。總之，至17世紀前，植物學幾乎全限於描述（包括木刻畫）和定性藥用植物。
植物科學的發展 17世紀初期自然科學從以“機械哲學”為主導思想進入到“實驗科學”階段。植物學也從描述為主轉到更有目的、有計劃、有系統地收集資料，觀測現象，並在控制條件下進行試驗，以此提出和考驗理論與學說。這一時期物理學、化學的發展及新工具如顯微鏡的應用也起瞭很大作用。
現代植物分類基本原理為英國J.雷在17世紀末確立。他把有花植物分為單子葉和雙子葉，進一步劃分就包括迄今還沿用的許多植物科。雷堅持必須用植物的所有特征來判定它們的親緣而不能隻用單一部分的特征。這恰是自然分類與人為分類的分野所在。1753年瑞典植物學傢C.von林奈發表《植物種志》，確立瞭雙名制。他將生殖性狀(花)用作重要分類依據，他確立的24綱主要建立在花的雄蕊數目上；每個綱再用花柱的數目分成目。這個系統的簡單性使人容易接受，因而促進瞭植物的采集和調查，但由於此法含糊瞭自然分類而不利於植物學的發展。如按林奈系統，百合和小檗同在一目，而鼠尾草和同類的薄荷卻分瞭傢。林奈的貢獻是把約6 000種植物歸入各屬（今天還這樣分類），仔細描寫並校勘瞭他所知的種和以前植物學傢的命名與描寫，再按雙字命名法命名（見分類學）。此法立即被其他植物學者所接受。此後與分類學進展相並行的植物解剖學、植物生理學、植物胚胎學等的研究也發展起來。
自16世紀光學顯微鏡問世以來，瑞典人H.揚森和Z.揚森在1590年制成復合顯微鏡。17世紀各種型式顯微鏡出現後，由R.胡克、N.格魯、M.馬爾皮基開創瞭植物解剖學。1670～1674年，英國人格魯和意大利人馬爾皮基已能分辨木質部、導管和纖維髓細胞、樹脂道的內部。英國人胡克發現細胞，他的細胞概念是一個由實心物質包圍的空間（小室）。從那以後很久，植物學傢才理解這些蜂房樣的小室至少在幼期是含有生活物質的。最初植物形態學傢設想植物是由多種成分，包括導管、纖維、“囊”等組成的。日耳曼人M.J.施萊登和他的同伴、動物學傢T.A.H.施萬在1839年首次提出細胞學說。從此細胞學成為一個獨立的學科。
在格魯和雷的時代，生理學開始發展。雷曾進行樹液運動、種子發芽和其他功能的實驗。再早些年，荷蘭人J.B.van海爾蒙特通過著名的桶栽柳枝實驗證明植物從水中取得物質。1742年英國人S.黑爾斯在其所著的《植物靜力學》中記載瞭關於樹液流動和壓力、蒸騰作用、失水和空氣交換氣體等方面的124個實驗，他被認為是植物生理學的創始人。1774年英國人J.普裡斯特利指出植物在陽光下釋放氧氣。這些氣體（氧氣、二氧化碳）和植物的相互關系進一步由J.英恩豪斯(1779)和法國人N.-T.de索緒爾(1804)闡明。後者將定量方法引入研究中，並示明水和二氧化碳一樣被吸收。自此關於綠色植物在光照下吸收水分和二氧化碳增重（制造食物）的光合作用被發現。
17～18世紀，R.J.卡梅拉裡烏斯及H.佈爾哈維等人觀察到植物的性別、花粉及受精作用等現象，推動瞭植物胚胎學等的發展。
到19世紀中期植物學各分支學科已基本形成。C.R.達爾文、G. 孟德爾的工作更為植物進化觀和遺傳機制的確立打下瞭基礎。
20世紀特別是50年代以後，植物學飛速發展，主要是植物生理學、生物化學和遺傳學等的成就如光合作用機理的闡明，光敏素、植物激素的發現，微量元素的發現，遺傳育種技術、同位素計年法的發明，以及抗生物質的分離等，使植物學在經濟上更為重要，成為園藝學、農業和環境科學的重要理論基礎。
研究領域和分支 現代植物學以研究層次和重點不同而劃分為5個主要分支。
植物形態學 研究植物的形態和結構（由細胞到器官各個層次），分支學科有植物細胞學、解剖學（專註於內部結構）、組織學(關心特殊種類細胞的性質)、植物胚胎學等。
植物生理學 研究植物各部分或整體的功能和行為，與植物生物化學緊密相聯。後者研究植物生命過程中化學組成和變化。植物生物化學還有一個重要分支——植物化學，研究植物次生代謝的化學產品。
植物遺傳學 研究植物的種質和遺傳、變異等現象，因此和研究植物進化相聯系。
植物生態學 研究植物與其環境的關系。在其定義上還更廣泛一些，因為除去本身特殊的方法之外，它既牽涉到區系學也牽涉到生理學。與它緊密聯系的是：植物地理學（包括地植物學），研究植物和地球表面的關系；植物社會學（植物群落學），研究植物群落。
植物分類學 研究植物的分類和命名，它們的系統和演化（包括研究特定區域的全部植物及其種類分佈、起源和發展的區系學）。這些區分並不是絕對的，為明瞭植物的功能和行為，必須瞭解植物結構的一些知識。分類學傢在一個譜系的理論上將植物分類，也關心進化。植物細胞學研究植物的各個細胞，部分是形態學，部分是生理學，部分是遺傳學等。
此外，還有些特別分支，如以研究對象而劃分的藻類學。藻類像真菌一樣相當小而簡單，但有各種色素、能自制食物。它們組成海洋浮遊生物的大部分，在未來可能是人類食物的重要來源。地衣學研究藻菌共生的地衣。苔蘚學研究較大多數植物稍小而生殖過程較復雜的苔蘚植物。蕨類學研究更大的開始有維管束的植物，如石松、木賊和真蕨等，並研究它們怎樣向有花植物進化。與應用密切相關的分支有經濟植物學，探討植物及其用途的各個方面。民俗植物學則研究各民族利用植物的不同方式。古植物學研究已絕滅的植物(又是古生物學的分支)，這些植物是寫在巖石裡面的進化史。孢粉學研究遠古的花粉、孢子，也屬微體古生物學的一個重要方面。當然古植物學和孢粉學也是研究植物進化和植物地理學尤其是植物歷史地理學和區系學的重要手段。