Изучение распространения растений по земному шару относится к 19 — началу 20 вв. Основоположник географии растений немецкий натуралист А. Гумбольдт — автор ряда трудов, из которых наибольшее внимание привлекла книга «О закономерностях, наблюдаемых в распространении растений» (т. 1—2, 1816). Первая попытка описать растительность земного шара в связи с условиями климата была сделана немецким учёным А. Гризебахом в его труде «Растительность земного шара...» (1872). Датский ботаник Э. Варминг связывал распространение растений с определенными условиями существования, его книга «Экологическая география растений» (1896) заложила основы новой науки — экологии растений. Одновременно с этими работами в течение всего 19 в. сотни исследователей вели кропотливую работу по составлению региональных «флор». Среди крупнейших изданий такого рода — «Флора Востока» Э. Буасье в 5 тт. (1867—88) и «Флора Британской Индии» Дж. Гукера в 7 тт. (1875—97). Наиболее капитальный труд в этой области — «Флора СССР» в 30 тт. (1934—64), изданная Ботаническим институтом АН СССР под редакцией В. Л. Комарова и Б. К. Шишкина. Растительный мир почти всех областей земного шара описан в соответствующих руководствах, главным образом региональных «флорах». Огромное значение для мировой науки имеет учение Н. И. Вавилова о центрах происхождения культурных растений и географических закономерностях в распределении их наследственных признаков (1926—27). В своих трудах Вавилов впервые представил картину эволюции форм культурных растений в немногочисленных первичных очагах их происхождения. В результате организованных им экспедиций собран ценный фонд мировых растительных ресурсов, составивший богатейшую коллекцию растений, хранящуюся во Всесоюзном институте растениеводства.
Изучение систематики огромного числа растений из всех областей земного шара стимулировало развитие работ в области морфологии растений. Одним из первых морфологов 19 в. был английский ботаник Р. Броун, показавший, что голосеменные отличаются от покрытосеменных голым семезачатком, объяснивший природу цветка у злаков и выполнивший ещё ряд работ по морфологии. Работы Броуна по эмбриологии были продолжены итальянским учёным Дж. Б. Амичи, французским ботаником А. Броньяром и особенно немецким учёным В. Гофмейстером, описавшим процесс оплодотворения у растений. Классические работы Гофмейстера были продолжены его соотечественником Э. Страсбургером и русскими учёными И. Н. Горожанкиным, В. И. Беляевым и С. Г. Навашиным. Горожанкин впервые доказал, что ядра из пыльцевой трубки проникают в яйцеклетку. Беляев предсказал существование у голосеменных подвижных сперматозоидов, которые вскоре были открыты японскими ботаниками С. Хиразе у гинкго и С. Икено у саговника. После работ русского эмбриолога С. Г. Навашина, открывшего двойное оплодотворение, период становления эмбриологии растений как самостоятельной дисциплины был практически завершен.
Анатомия растений, начало которой было заложено ещё в 17 в., стала развиваться особенно интенсивно с середины 19 в. Ее успехи связаны с именами немецких ботаников Х. Моля, К. Санио, давших впервые сведения о микроскопическом строении тела высших растений. К середине 19 в. в анатомии растений наметились два направления, из которых одно в основном интересовалось проблемами строения растений с их систематическим положением и эволюцией структур, в то время как другое больше внимания уделяло физиологическому и экологическому значению тех или иных тканей растения. В числе деятелей первого направления — французы Ф. Э. ван Тигем, Ж. Веск и немец Г. Золередер — автор сводки «Систематическая анатомия двудольных» (1899). Американец Э. Джефри в книге «Анатомия древесных растений» (1917) попытался дать общую картину эволюции анатомических структур у всех высших растений. Его ученики Э. Синнотт, А. Имс и особенно И. У. Бейли создали концепцию об эволюции структуры у высших растений, хорошо увязанную с представлениями Ч. Э. Бесси, Х. Галлира и Дж. Хатчинсона. Среди анатомов второго направления — немецкие ботаники С. Швенденер, Г. Габерландт, советские анатомы В. Ф. Раздорский и В. Г. Александров.
Работы в области экологии и географии растений, а также запросы лесоводства и луговедения привели в конце 19 в. к выделению особой области Б., получившей в СССР название геоботаники, или фитоценологии. Русская и советская школа геоботаников была создана трудами С. И. Коржинского, И. К. Пачоского, Г. И. Тан-фильева, Г. Ф. Морозова, В. В. Алехина, Л. Г. Раменского, А. П. Шенникова и особенно В. Н. Сукачева. Острая необходимость в хозяйственном освоении огромных пространств СССР привела к тому, что проблемы геоботаники явились одними из наиболее насущных. Поэтому геоботаники — наиболее многочисленный отряд советских ботаников.
Североамериканская (Ф. Клементс) и европейская (Ж. Браун-Бланке, Э. Рюбель, А. Тенсли) школы фитоценологии развивались каждая своим путём и только в последнее время наблюдается некоторое сближение точек зрения советских и североамериканских исследователей.
Наука об ископаемых растениях — палеоботаника, зарождение которой можно отнести к 18 в. (И. Шёйхцер, Швейцария), неуклонно развивалась в 19 и 20 вв. В 19 в. трудами исследователей, работавших на всех континентах, были не только описаны десятки тысяч растительных остатков из всех толщ осадочных отложений, но и создана достаточно стройная система ныне вымерших растений, увязанная с их современными потомками. В изучение ископаемых растений, найденных на территории СССР, большой вклад внесли М. Д. Залесский, И. В. Палибин и А. Н. Криштофович.
Характерные черты современного этапа развития Б. — стирание граней между отдельными её отраслями и их интеграция. Так, в систематике растений для характеристики отдельных таксонов всё шире применяют цитологические, анатомические, эмбриологические и биохимические методы. Методы биохимии и физиологии берутся на вооружение экологами и геоботаниками, в результате чего возникает комплексная наука о физиологии растительного сообщества, появление которой предсказывали ещё в 20-х гг. 20 в. русский учёный В. В. Алехин и шведский учёный Э. Дю Рье и которую обычно называют ценофизиологией. Всё больше осознаётся необходимость учитывать в геоботанических и экологических исследованиях роль микроорганизмов — водорослей, грибов, бактерий и актиномицетов; специалисты соответствующего профиля всё чаще работают в контакте с геоботаниками и экологами. Это приводит к расширению поля деятельности фикологов, бактериологов и микологов, изучающих интересующие их организмы в природной обстановке.
Гораздо шире применяется эксперимент в тех областях Б., где ранее господствовало наблюдение. Значительное распространение получили работы в области экспериментальной систематики и геоботаники. В морфологии растений, помимо обычных экспериментальных воздействий, широко используется метод культуры тканей, изолированных от влияния организма как целого.
Разработка новых методов исследования, основанных на достижениях физики и химии, позволила решать задачи, недоступные ранее. Так, в результате использования электронного микроскопа, разрешающая сила которого по сравнению с другими оптическими приборами возросла в сотни раз, были выявлены многие новые детали строения растительной клетки, что с успехом используется не только в анатомии, но и в систематике растений. Методы хроматографии, цитофотометрии и ряд др. позволяют проводить химические анализы с невиданной ранее скоростью и точностью на микроскопических объектах, что применяется практически во всех областях Б. Достижения молекулярной биологии в какой-то мере способствовали выделению физиологии и биохимии растений из общей Б. Вместе с тем эти достижения, которые в будущем позволят раскрыть молекулярные основы онтогенеза и филогенеза растений, открывают новые горизонты в области систематики и морфологии растений. В наших знаниях ещё имеется большой пробел относительно тех механизмов, которые, управляя единым для всех клеток данной особи (или даже вида) генетическим кодом, приводят к поразительным различиям между клетками различных тканей.