საქართველოს ამჟამინდელი ეროვნული ბოტანიკური ბაღის ადგილზე ქართველ მმართველებს ეკუთვნოდათ სამი პატარა ბაღი. დაარსებული მე-17 საუკუნის დასაწყისში, დოკუმენტურად დააფიქსირა ფრანგმა მკვლევარმა ჟან შარდენიმ (1643-1713) ვახუშტი ბაგრატიონმა (მის რუკებში, 1735 წ.). ბაღების განლაგება შენარჩუნდა 1795 წელს სპარსეთის შემოსევამდე. XIX საუკუნის დასაწყისში ბაღი რუსეთის იმპერიის ხაზინას ექვემდებარებოდა. 1845 წელს გუბერნატორის მიხეილ ვორონცოვის ბრძანებით მას ოფიციალურად ეწოდა ტფილისის ბოტანიკური ბაღი (ადრე ცნობილი როგორც მეფის ბაღი). 1872 წელს მის ტერიტორიაზე აშენდა პირველი ორი სათბური ტროპიკული და სუბტროპიკული მცენარეებისთვის. 1888 წელს შეიქმნა მცენარეთა სანერგე და ამავე დროს დაარსდა ფლორისტიკის ცენტრი. 1886-1904 წლებში ბოტანიკური ბაღი დასავლეთით გაფართოვდა და გასული საუკუნის შუა ხანებისთვის წავკისისკალის მარჯვენა სანაპიროზე ძველი მუსლიმური სასაფლაო და თავორის მთის ჩრდილო-აღმოსავლეთი კალთა დაემატა. 1910 წლიდან 1914 წლამდე ბაღის განვითარებაში მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა რუსმა ბოტანიკოსმა და არქეოლოგმა ფ.ი. გორეპკინმა მისი ხელმძღვანელობით გამოიყო კავკასიის ფლორისადმი მიძღვნილი ტერიტორია. ამჟამად ბოტანიკური ბაღი 128 ჰექტარ ფართობს მოიცავს. აქ წარმოდგენილია ფლორის 4500-ზე მეტი სახეობა მთელი მსოფლიოდან, 700-მდე სახეობა კავკასიის ენდემურია, აქედან 370 წითელ წიგნშია შესული.