Prin cele aproape 7000 de exponate, muzeul botanic dă posibilitatea vizitatorilor și studenților să-și completeze cunoștințele despre bogăția, evoluția și importanța lumii vegetale. Este adăpostit la parterul Institutului Botanic, fiind organizat ca o expoziție permanentă. Dispunerea în muzeu a materialului, care este conservat fie pe cale uscată (prin presare sau sub formă de mulaje), fie pe cale umedă (în diverse lichide conservante), se face urmărind criteriile sistematic, ecologic și economic.

Plantele utile sunt reprezentate prin plantele cu valoare alimentară, plante ce furnizează materii prime pentru încălzit și iluminat, plantele medicinale și plante textile. O valoroasă colecție este cea dendrologică. Aceasta prezintă aproximativ 450 de mostre cu secțiuni transversale, atât prin esențe indigene (tisă, brad, arțar, ienupăr, cireș, scumpie, nuc, lariță etc.), cât și exotice (cocotier, eucalipt, abanos, roșcov, cedru, arborele de camfor etc.). O vitrină aparte prezintă produse manufacturiere realizate în gospodăriile țăranilor din Țara Moților (donițe, ciubere, tulnice etc.), o gospodărie tipică din zona Câmpulung Moldovenesc, alături de alte produse obținute prin prelucrarea lemnului: hârtia de scris (din frunzele palmierului Borassus flabellifer), cauciucul din Hevea brasiliensis ş.a. O altă serie de vitrine cuprinde creșteri anormale, determinate de atacul unor virusuri, ciuperci, insecte sau chiar plante (așa numitele cazuri teratologice), la trunchiuri, ramuri, flori sau fructe. Impresionantă este și colecția de secțiuni xilotomice (secțiuni foarte fine, realizate cu instrumente specializate), prin diferite specii lemnoase ca alun, corn, cafea, curpen, călin, ulm etc., care oferă o imagine foarte clară și precisă a anatomiei și structurii lor.

În secțiunea sistematică a muzeului, speciile sunt prezentate în ordine filogenetică, a evoluției regnului vegetal. Pe lângă plante (mușchi, ferigi, gimnosperme și angiosperme), sunt exemplificate vizitatorului curiozități din lumea bacteriilor, algelor, ciupercilor sau lichenilor. Prezentarea lumii plantelor este întregită de turnantele și tablourile ce reprezintă aspecte legate de vegetație și de ocrotire a naturii: zonarea și etajarea vegetației în România, principalele rezervații botanice din țară și plantele pe care acestea le adăpostesc, plante endemice și ocrotite din România. Câteva din colecțiile muzeului fac parte din patrimoniul cultural național:

• colecția de plante medicinale și droguri farmaceutice, care prin cele peste 800 de exponate este cea mai mare din țară;
• colecția de secțiuni longitudinale și transversale prin esențe lemnoase;
• colecția de fructe și semințe de palmieri.

La acestea se adaugă, tot ca valori ale patrimoniului:

Welwitschia mirabilis, cele două exponate: bărbătesc și femeiesc, unicate în muzeele din Europa, aduse în anul 1900 din deșertul Namib.

Flora pliocenică de la Borsec este o colecție paleobotanică cuprinzând impresii de plante fosile descoperite în urma săpăturilor efectuate între anii 1931-1933 în zona Borsecului. Vizitatorul poate astfel afla că pe teritoriul României au trăit, în urmă cu milioane de ani, plante care azi se găsesc doar în regiunile mediteraneene sau atlantice: Quercus ilex, Cinnamomum rossmoessleri, Smilax aspera, Buxus sempervirens etc. Aceasta este cea mai completă colecție de plante fosile din Pliocenul de la noi din țară.