С деятельностью Ботанического сада связано имя первого русского ботаника, исследователя «Земли Камчатской» С. П. Крашенинникова. Здесь работал И. Кельрейтер, который провел обессмертившие его имя исследования по гибридизации, по определению пола у растений и биологии цветения. В Ботаническом саду работал естествоиспытатель, географ и путешественник академик П. С. Паллас. Заведующие Аптекарским огородом кроме чтения лекций по ботанике преподавали фармакологию и химию. В конце XVIII в. Академическим огородом руководили М. М. Тереховский и Г. Ф. Соболевский, выпустивший на латинском языке «Петербургскую флору» (1799 г.), переизданную на русском языке. Тереховский составил каталог 1406 видов растений, выращивавшихся в Аптекарском огороде (1793 г.). Здесь же работали Я. В. Петров, Т. А. Смеловский, Ф. Х. Стефан и многие другие.
В 1798 г. Медицинский сад перешел в ведение Медико-хирургической академии и стал называться Ботаническим садом. В 1823 г. академический Ботанический сад, первоначально находившийся на Васильевском острове, слился с Аптекарским огородом на Песочной улице. Так возник современный Ботанический сад. И с этого года указом Александра I он стал именоваться Императорским Ботаническим садом. Начало коллекций сада было положено Ф. Б. Фишером, который в 1824 г. привез из-за границы около 5000 видов растений. В пополнении его коллекций участвовали ботаники и путешественники Н. С. Турчанинов, А. И. Шренк, К. И. Максимович, Н. М. Пржевальский, А. Е. Регель. В 1902 г. на работу в Ботанический сад пришел ботаник В. Л. Комаров, вся последующая жизнь которого связана с этим учреждением.
В 1913 г. саду присвоено имя Петра Великого. Его коллекции насчитывали около 26 тысяч видов, разновидностей и сортов. Сад ежегодно посещало около 60 тысяч человек. При Ботаническом саде работала Санкт-Петербургская школа садоводства. Ботанический сад издавал «Список семян…» и периодические издания — «Труды» (с 1871 г.) и «Известия» (с 1901 г.).
В 1908–1918 гг. Ботанический сад служил базой для почвенноботанической экспедиции Переселенческого управления. В 1918–1925 гг. он стал Главным Ботаническим садом РСФСР, в 1930 г. передан АН СССР. С 1931 г. он вошел в состав Ботанического института, организованного на базе Главного ботанического сада и Ботанического музея АН СССР.
Ботанический сад занимает площадь 22,9 га, в том числе 2,5 га под оранжереями и зданиями, парк площадью 16,7 га, включающий 145 участков с газонами, деревьями и кустарниками.
В настоящее время здесь ведутся исследования почти по всем разделам ботаники: систематике, анатомии растений, морфологии, цитологии, физиологии, экологии, биохимии растений, палеоботанике, геоботанике, ботаническому ресурсоведению и другим. В Ботаническом институте работает лаборатория экспериментальной эмбриологии растений.
Ботанический институт — один из ведущих ботанических центров мира. В 1940 г. Институту присвоено имя В. Л. Комарова. В гербарии института свыше 6 миллионов листов, среди которых образцы растений из гробниц фараонов, почти все виды флоры России. Институт обладает крупнейшими в стране и одними из крупнейших в мире ботаническими коллекциями: около 15,5 тысячи видов, разновидностей и сортов живых растений открытого и закрытого грунта, гербарий (около 7 млн образцов), палеоботаническая коллекция, насчитывающая 100 тысяч единиц хранения.
В библиотеке института свыше 550 тысяч томов. Все коллекции института служат основой для изучения флоры России и зарубежных стран.
В 1824 г. архитектором И. И. Шарлеманем разработаны проекты оранжерей и теплиц. Впоследствии появились административные и жилые здания. В 1828 г. И. И. Шарлемань возвел деревянный дом для директора Ботанического сада. В 1896–1899 гг. по проекту И. С. Китнера, Н. И. Рошефора и Н. В. Смирнова построены пальмовые оранжереи. По проекту А. И. Дитриха в 1910-е гг. возведен жилой дом. (Сгоревший в 1980 г. деревянный дом директора сада восстановили в кирпиче.)
В 1930 г. к институту присоединен Ботанический музей Академии наук, единственный в стране ботанический музей. Он вырос из ботанических коллекций петровской Кунсткамеры. В нем собраны обширные коллекции растительных продуктов, образцов древесины, плодов семян. Среди палеоботанических экспонатов — отпечатки листьев вымершего растения семейства беннеттитовых (ископаемых древовидных голосеменных растений). В фототеке музея — около 10 тысяч единиц хранения.
С началом Великой Отечественной войны в Ботаническом институте велась разработка технологий для изготовления пищевых продуктов из дикорастущих трав. В институте организовали производство хвойного настоя. По 12–14 часов сотрудники дробили хвою, кипятили ее, готовили настой.
В годы войны составлялись военно-геоботанические карты, методики сбора хвои, сфагновых мхов, из которых изготовляли перевязочный и антисептический материал; выращивались лекарственные растения. В 1942 г. сотрудники института вырастили 9 миллионов штук рассады овощных культур и табака.