植物标本馆始于1916年的CCC (Canton Christian College)标本馆，标本馆在"国际植物命名法规"大会上拥有表决权。

标本馆现有已归档高等植物标本20万号，其中有3万余号采自包括巴西等20余个国家和地区的标本；国内采集点复盖了全国所有省市、自治区。最早的馆藏标本采集于1821年。

模式标本约1400种，其中约1100个为主模式，属的模式标本20个。

除丰富的主模式、副模式标本外，中山大学植物标本馆的大部分馆藏标本都已经过慎重的分类学鉴定，很多著名植物学家如：陈焕镛、秦仁昌、胡先骕、蒋英、张肇骞、方文培、侯宽昭、张宏达、E. D. Merrill、A. Rehder、F. A. McClure、E. Kobuski、F. P. Metcalf、W.W.Smith等都在本馆留下了珍贵的研究资料和手迹。

标本馆有附属竹子标本园，集中了我国各地区的竹子110种，拥有我国最多的活体模式标本，是竹类研究中极其珍贵的资料。

标本馆有藻类、真菌、苔藓植物标本3000余号，其中有许多为模式标本；植物化石标本3000号。

木材标本室是全国为数不多的高质量木材标本室之一，含有全国各地及国外珍贵树种的木材标本约2000号。

以丰富的标本资源为基础，中山大学科研人员主持并完成了《中国植物志》的金缕梅、桃金娘、杜英、海桐花、椴树、山茶等科的编写工作，还参与樟、木兰、苏铁等科以及《中国高等植物图鉴》的大量编写工作。此外，还参加与各地方植物志如《海南植物志》、《广东植物志》、《广西植物志》、《西藏植物志》、《云南植物志》等的编写；深入开展了种子植物系统、被子植物起源、中国植物区系的研究，提出了华夏植物区系理论；开展了被子植物木兰、金缕梅、杜仲、连香树、毛茛、红树、千屈菜、使君子、山茶等科，裸子植物苏铁、银杏、买麻藤、红豆杉、水松、麻黄等类群的分子系统学的研究；开展了石灰岩地区植被、湘鄂贛交界处植被的研究；提供了濒危植物研究中所需的基础资料；向各地提供了编写地方志所需的资料；自1978年以来为中山大学植物学专业的30余名博士生和50余名硕士生提供研究资料；向国内外来访学者提供所需调阅的标本。