作为我国历史最为悠久的植物学综合研究机构，在90多年的发展历程中，植物所形成了鲜明的学科特色和优势领域，从不同生命层次研究植物学领域的重大基础理论和关键技术问题，产出了一批重要的学术和研发成果。其中，植物所作为第一完成单位，“中国高等植物图鉴和中国高等植物科属检索表”（1987年）、“中国蕨类植物科属的系统排列和历史来源”（1993年）和“《中国植物志》的编研”（2009年）3项成果先后荣获国家自然科学奖一等奖；“马先蒿属的一个新系统”（1956年）、“《中国植被》”（1987年）、“光合膜的结构与光能分配与转化效率的研究”（1987年）、“《中国植物志》第三十六、三十七、三十八卷（蔷薇科 牛栓藤科）”（1989年）、“中国兰科植物研究”（2002年）、“《中华人民共和国植被图（1：100万）》的编研及其数字化”（2011年）、“真核生物光合膜蛋白结构与功能研究”（2023年）7项成果先后荣获国家自然科学奖二等奖；“禾谷类高效细胞组织培养基”（1993年）和“果实采用绿色防病保鲜关键技术的创制与应用”（2013年）2项成果先后荣获国家技术发明奖二等奖。此外，植物所还获得其他国家级、中科院和省部级科研成果奖134项。2015年，植物所通过中科院“十二五”诊断评估，2个“突破”入选院“100个优秀突破”，2个“培育方向”入选院“100格优秀培育方向”。 

　　近五年，在中国科学院 “四个率先”、“三个面向”办院方针的指导下,植物所在植物系统与进化、植被生态与碳循环、植物生物多样性、水稻生物学、植物激素作用的分子机理、植物生物技术、种质资源收集和新品种培育、现代农业等一系列领域都取得了令人瞩目的科技成果。2015年以来，共发表SCI论文2319篇，其中在Cell、Nature、Science、Nature子刊、PNAS等国际综合性和领域内主流期刊论文692篇，含Cell、Nature、Science 20篇及子刊论文61篇。其中，“COLD1基因赋予水稻耐寒性”和“解析高等植物光系统I补光天线超分子复合物能量转移途径的结构基础”2项成果入选2015年“中国生命科学十大进展”；“中国被子植物区系进化历史研究”入选2018 年“中国生命科学十大进展”，“中国陆地生态系统碳收支研究”系列成果2018年以专辑形式发表在美国科学院院刊（PNAS）上；“破解硅藻光合膜蛋白超分子结构和功能之谜”入选2019 年“中国生命科学十大进展”、“中国十大海洋科技进展”和“中国科学十大进展”；同时，“葡萄种质创新与新品种选育推广”成果先后获得2017年“中国科学院科技促进发展奖”和2018年“华耐园艺科技奖特等奖”。此外，植物所“花伴侣”植物影像鉴定系统手机客户端正式上线，《泛喜马拉雅植物志》已出版8卷并建成了世界上最大的野生植物DNA库。