我馆为国内最大的也是最早建立的植物标本馆之一。其前身为建立于1934年的原中央研究院动植物研究所和建立于1922年的我国第一个初具规模的生物研究机构中国科学社生物研究所的标本室。现保存有20世纪20至40年代我国早期植物学家蒋英、秦仁昌、王启无、方文培、耿以礼、蔡希陶、陈焕镛、贺贤育等在我国的四川、云南、贵州、及华东、华南等地采集的大量珍贵的标本，以及在这前后一些外国植物学家如Delavay, Courtois, H. Migo, J. F. Rock, Yabe等人在中国各地采集的许多标本，数十年来，几代植物学家历经艰辛，日积月累，经历了白手起家的艰难创业，日本入侵时从南京西迁重庆至战后又迁回的颠沛流离及六十年代的动乱时期，使我馆的标本不断增加并得到了妥善的保存与利用，这些标本在我国近代植物学研究中发挥了重要作用，具有特殊的地位和价值。

本馆现保存有被子植物、裸子植物、蕨类植物及苔藓植物的腊叶标本近70万份，其中有包括著名的活化石水杉等各类模式标本约6,000份，珍稀濒危植物标本约3,000份，最早的标本采于1830年。另有药材标本2000余份。标本产地遍及全国各省及世界各大洲，以华东地区、台湾和日本的标本为我馆的特色。标本馆中标本的排列顺序：被子植物按照恩格勒系统，裸子植物按照郑万钧系统，蕨类植物按照秦仁昌系统，苔藓植物按克诺斯比-马杰尔系统。