بدأ تطور علم النبات الحديث خلال عصر النهضة، وهو فترة امتدت ثلاثمائة عام من تاريخ أوروبا وبدأت خلال القرن الرابع عشر الميلادي. وحفزت الاكتشافات الأوربية للعالم، خلال هذه الفترة، بدرجة كبيرة عملية دراسة علم النبات والعلوم الأخرى. واكتشف المستكشفون الرواد أنواعًا عديدة وجديدة من النباتات أحضروها إلى الدارسين لفحصها والتعرف عليها.
وبازدياد حركة التجارة، ازداد الطلب على كل أصناف المنتجات النباتية كالغذاء والألياف والأدوية والأصباغ. وقد خططت الحدائق الضخمة التي احتوت على العديد من النباتات الجديدة. ونتيجة للأعداد الزائدة من النباتات والحقائق الجديدة التي تم اكتشافها عن تلك النباتات، أثبتت النظم القديمة في تسمية وتصنيف النباتات أنها غير وافية.
خطا علم تشكل النبات خطوات هائلة خلال القرن السابع عشر الميلادي بعد ظهور المجهر المركب. وكان من أوائل العلماء، الذين لاحظوا التركيب الدقيق للنباتات، العالم مارسيلو مالبيغي من إيطاليا والإنكليزيان روبرت هوك، ونهميا غرو. وفي القرن السابع عشر بدأ البحث في علم الوظائف بالعمل الذي قام به جان باتيستا فان هلمونت الطبيب والكيميائي الفلمنكي الذي سجل ملاحظاته عن كيفية حصول النبات على نموه.
وخلال منتصف القرن الثامن عشر، قام عالم التاريخ الطبيعي السويدي كارولوس لينيوس بوضع نظام لتسمية النباتات، أصبح مقبولاً في نهاية الأمر كنظام قياسي للتصنيف. استخدم لينيوس التسمية الثنائية أو ازدواجية الاسم، وفيه يكون لكل نبات اسم مميز مكون من جزئين. وهذا النظام تم تعديله وتوسعته إلى النظام الحديث للتصنيف المستعمل الآن. لهذا يعتبر لينيوس مؤسس علم النبات الحديث. جعل لينيوس الشعبة وتليها، نزولاً من الأكبر إلى الأصغر، الطائفة فالرتبة ثم الثقافة فالنوع .
ازدهرت دراسة علم بيئة النبات من الأبحاث التي أجريت على التوزيع الجغرافي للنباتات. فقد وضع عالم التاريخ الطبيعي والجغرافي الألماني ألكسندر فون همبولت خريطة لتوزيع النباتات في أثناء سلسلة رحلاته في كل مكان من العالم، خلال أواخر القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر.
وكان للأبحاث التي أجراها عالم النبات النمساوي غريغور مندل خلال النصف الثاني من القرن التاسع عشر أثر كبير على دراسة علم النبات وحقول أخرى من العلوم. وقد أسَست تجاربه على استيلاد نباتات البازلاء، القوانين الأساسية للوراثة.

وفي القرن العشرين أحدث العلماء المشتغلون بعلم الوراثة النباتي وعلم الأحياء الجزيئي اكتشافات مهمة. ضمن الأبحاث التي تمت على نبات الذرة الشامية مثلاً، وجد أن هناك مورثات معينة يمكن أن تتحرك من مكان لآخر داخل صبغيات الخلايا. وسجل هذا الاكتشاف، المعلن في سنة 1951م، إضافة كبيرة إلى مفهوم كيفية توريث النباتات وكائنات أخرى لسماتها الوراثية.
وفي سنة 1954م نجح العلماء في تهيئة البلاستيدات الخضراء (أجسام صغيرة تحوي الكلوروفيل) لتؤدي عملية التركيب الضوئي خارج خلايا النبات. وزاد هذا الاكتشاف من إمكانية إنتاج السكر وأغذية أخرى صناعيًا. وهذه الطَّريقة قد تقلل من اعتمادنا على النباتات.
أهمية علم النبات تحافظ النباتات على البيئة الحية. فبدون النباتات، سيزداد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى درجة تجعل الإنسان والحيوانات الأخرى تختنق. ويمكن أن توضح دراسة الحياة النباتية للناس كيفية العيش في توازن مع البيئة المحيطة. وتشمل بعض مبادئ الطبيعة كل الكائنات الحية، ولذلك فالدراسات الإضافية المقبلة للنباتات يمكن أن تزيد من فهمنا لكل صور الحياة.
وفي نهاية القرن العشرين وبداية القرن الحالي بدأ كثير من علماء النبات في استخدام تقنيات وراثية جديدة اشتملت على دراسات حول الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين المعروف باسم د ن أ. وقد مكنت هذه التقنيات العلماء من تعرف أنواع النباتات، وتحديد أنواع العلاقات بين هذه النباتات بصورة أكثر دقة. وصرح نفر من علماء النبات، في الغرب، بأن نظام لينيوس لتصنيف النبات غير عملي وعفا عليه الدهر. ونادت هذه الفئة بأن يعمل علماء النبات على مراجعة تسمية النباتات وتصنيفها، بل ونادت باستبدال نظام التطور النوعي للنبات بنظام تصنيف لينيوس. ويعتمد نظام التطور النوعي على علاقات التطور بين الكائنات الحية أينما وجدت.