การสอนในสาขาวิชาพฤกษศาสตร์ในมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เริ่มตั้งแต่การก่อตั้งมหาวิทยาลัยฯ ในปี พ.ศ. 2486 โดยสังกัดอยู่ในแผนกชีววิทยา คณะกสิกรรมและสัตวบาล ต่อมาเมื่อมีการจัดตั้งคณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์ขึ้น เมื่อปี พ.ศ. 2509 แผนกชีววิทยาจึงได้ย้ายมาสังกัดในคณะวิทยาศาสตร์และอักษรศาสตร์ โดยสังกัดอยู่ในภาควิชาชีววิทยา ภาควิชาชีววิทยาในขณะนั้นมีบุคลากรประจำจำนวนมาก การบริหารงานภายในจึงแบ่งเป็น 5 สาขาวิชา ได้แก่ พฤกษศาสตร์ สัตววิทยา จุลชีววิทยา พันธุศาสตร์ และรังสีประยุกต์และไอโซโทป จนกระทั่งปี พ.ศ. 2524 ทั้ง 5 สาขาวิชา ได้รับการยกระดับขึ้นเป็นภาควิชาฯ ในคณะวิทยาศาสตร์จนถึงปัจจุบัน
ก่อนที่จะมาเป็นภาควิชาพฤกษศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ นั้น ได้มีการผลิตบัณฑิตทั้งระดับปริญญาตรีและปริญญาโท ตั้งแต่เป็นหมวดวิชาในคณะกสิกรรมและสัตวบาล ดังนั้นนิสิตที่จบการศึกษาสาขาวิชาพฤกษศาสตร์จึงมีนับตั้งแต่นั้นมา ภาควิชาพฤกษศาสตร์ตั้งขึ้นอย่างเป็นทางการ เมื่อวันที่ 28 มกราคม พ.ศ. 2524 จวบจนถึงปัจจุบันนี้ภาควิชาพฤกษศาสตร์มีการเปิดสอนหลักสูตรทั้งระดับปริญญาตรี ปริญญาโท และปริญญาเอก โดยมีสายงานการเรียนการสอน และการวิจัย แบ่งเป็น 4 ด้าน ได้แก่ โครงสร้างและอนุกรมวิธานพืช สรีรวิทยาและชีววิทยาโมเลกุลพืช เทคโนโลยีชีวภาพพืช และนิเวศวิทยาพืช
ปัจจุบันภาควิชาพฤกษศาสตร์มีที่ทำการอยู่ที่ชั้น 2 และ ชั้น 3 อาคารสุขประชา วาจานนท์ และชั้น 9 อาคารทวี ญาณสุคนธ์ นอกจากนี้ยังมีเรือนเพาะชำฯ ภาควิชาฯ ซึ่งมีที่ตั้งอยู่ติดกับตึกของภาควิชาชีวเคมี โดยที่ชั้น 2 และ ชั้น 3 ของอาคารสุขประชา วาจานนท์ ประกอบด้วยห้องเรียน ห้องปฏิบัติการ ห้องวิจัย และห้องพักอาจารย์ สำหรับห้องสำนักงานภาควิชาฯ อยู่ที่ชั้น 3 ส่วนชั้น 9 นั้นเป็นห้องปฏิบัติการพื้นฐานของภาควิชาฯ ที่เปิดสอนให้นิสิตหลายคณะ สำหรับเรือนเพาะชำของภาควิชาฯ มีทั้งที่เป็นพื้นที่นอกโรงเรือนและในโรงเรือน สามารถรองรับการเรียนการสอน และงานวิจัยของอาจารย์ และนิสิตของภาควิชาฯ รวมทั้งสนับสนุนงานวิจัยของนิสิตนอกภาควิชาฯ
นอกจากนี้ภาควิชาฯ ยังมีพิพิธภัณฑ์องค์ความรู้ทางพฤกษศาสตร์ ซึ่งเป็นแหล่งเรียนรู้ให้กับนักเรียน นิสิต นักศึกษา และบุคลทั่วไป และยังมีพันธกิจรองรับการเรียนการสอนรายวิชาศาสตร์แห่งแผ่นดิน ในหมวดวิชาศึกษาทั่วไป ของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ตั้งแต่ภาคต้น ปีการศึกษา 2558 เป็นต้นไป เพื่อการเรียนรู้ในศตวรรษที่ 21 เน้นการสร้างกระบวนการและวิธีคิดร่วมกัน เพื่อเพิ่มทักษะด้านต่าง ๆ ให้แก่ผู้เรียน เป็นการบูรณาการองค์ความรู้ทั้งผู้เรียนและผู้สอน
ตั้งแต่จัดตั้งภาควิชาพฤกษศาสตร์จนถึงปัจจุบัน มีหัวหน้าภาควิชาฯ ทำหน้าที่บริหารงานภาควิชาฯ ตาม ลำดับ ดังนี้
- รองศาสตราจารย์อรรถ บุญนิธี ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาควิชาตั้งแต่ พ.ศ. 2524 – 2532
- รองศาสตราจารย์เทียมใจ คมกฤส ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่ พ.ศ. 2533 – 2534
- รองศาสตราจารย์ ดร.วงจันทร์ วงศ์แก้ว ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่ พ.ศ. 2535 – 2538
- รองศาสตราจารย์ ดร.คุณหญิงสุชาดา ศรีเพ็ญ ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่ พ.ศ. 2539 – 2541
- รองศาสตราจารย์ กมลพรรณ นามวงศ์พรหม ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่ พ.ศ. 2541 – 2545
- รองศาสตราจารย์ ดร.นิรันดร์ จันทวงศ์ ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่ พ.ศ. 2545 – 2549
- รองศาสตราจารย์ ดร.สุรียา ตันติวิวัฒน์ ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่ พ.ศ. 2549 – 2553
- รองศาสตราจารย์ ดร.สรัญญา วัชโรทัย ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่ 15 มิถุนายน 2553 – 14 มิถุนายน 2557
- ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ฉัตรชัย เงินแสงสรวย ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่ 15 มิถุนายน 2557 – 4 เมษายน 2561
- ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ณัฎฐา เสนีวาส ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่วันที่ 9 พฤษภาคม 2561 – 8 พฤษภาคม 2565
- ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.เอกพันธ์ ไกรจักร์ ดำรงตำแหน่งหัวหน้าภาคตั้งแต่วันที่ 9 พฤษภาคม 2565 – ปัจจุบัน