Nel Medioevo, il rapporto dell'uomo con la natura era spesso caratterizzato da superstizioni e credenze popolari. In Toscana, ad esempio, si riteneva che le foglie fritte di pulicaria (menta selvatica), se date ad una donna incinta, preservassero il neonato dalle fratture; oppure, si credeva che la verbena fosse un ottimo rimedio al mal di testa, ma solo se raccolta nel giorno di San Giovanni. Un ruolo significativo nello sviluppo scientifico della botanica medievale fu svolto dagli ordini monastici. In particolare, la tradizione botanica e farmaceutica fu sviluppata grazie all'istituzione dell'Hortus simplicium [medicamentorum] o Hortus medicus, uno spazio all'interno del monastero riservato alla coltivazione dei semplici (erbe officinali semplici, cioè grezze. I composti, invece, erano semplici combinati fra loro per ottenere le sostanze medicamentose). Annessi agli orti furono costituiti gli armaria pigmentariorum, embrione delle prime farmacie monastiche, dove venivano conservate e seccate le diverse piante officinali.

Nel corso del Quattrocento furono messe in discussione le credenze popolari così diffuse nel Medioevo. Nell'età dell'Umanesimo, l'attenzione per gli autori classici favorì il recupero e lo studio di Plinio, Dioscoride e Teofrasto. Il prezioso codice dell'enciclopedica Naturalis historia compilata dall'erudito romano Plinio il Vecchio, oggi conservato nella Biblioteca Laurenziana, fu acquistato a Lubecca da Cosimo il Vecchio e fu volgarizzato da Cristoforo Landino, mentre Marcello Adriani, Segretario della Repubblica Fiorentina, tradusse Della Materia medica del medico greco Dioscoride.

Nella prima metà del Cinquecento videro la luce, in Europa, una serie di opere che aggiornavano la tradizione medievale e gettavano le basi per un più moderno studio delle scienze naturali. Tra queste, i fortunatissimi Commentari a Dioscoride del medico senese Pier Andrea Mattioli, e il De historia stirpium del tedesco Leonhart Fuchs, considerato il padre della botanica moderna. Intorno al 1540, Cosimo I de' Medici offrì proprio a Fuchs la cattedra di "Medicamenti semplici" da poco istituita nello Studio pisano. Dopo il rifiuto del naturalista tedesco, il Granduca affidò la cattedra al medico imolese Luca Ghini. A Ghini fu assegnato anche il compito di istituire a Pisa, nel 1544, un Giardino dei Semplici per soddisfare le esigenze didattiche e di ricerca dell'Università. Si trattava del più antico orto botanico abbinato ad una struttura universitaria istituito in Europa. Subito dopo, nel 1545, Cosimo I istituì il Giardino dei Semplici fiorentino, mentre un giardino dei semplici annesso allo Spedale di Santa Maria della Scala di Siena fu fondato nel 1588.

Le lezioni di Ghini a Pisa furono seguite dai maggiori naturalisti del tempo. Un suo allievo, l'aretino Andrea Cesalpino, avviò una classificazione delle piante su base speculativa e non pratica, fondando in tal modo la botanica sistematica. Ma gli interessi per il mondo vegetale non si registrarono solo nelle aule universitarie e nei giardini botanici. Mentre presso l'Accademia Fiorentina si tenevano lezioni sulla coltivazione dell'ulivo, il prete lucchese Michele Merini intorno alla metà del Cinquecento collazionava un erbario, oggi nel Museo Botanico di Firenze, con esemplari dei Giardini dei Semplici pisano e fiorentino. Appassionati floricultori furono anche Niccolò Gaddi, Matteo Caccini – il cui giardino di Borgo Pinti a Firenze era conosciuto in tutta Europa – e Agostino Del Riccio, autore di un importante trattato di agricoltura oggi nella Biblioteca Nazionale Centrale di Firenze. Con il patrocinio granducale, il fiammingo Giuseppe Casabona effettuò una importante spedizione botanica nell'isola di Creta.

Nel lungo granducato di Cosimo III de' Medici, un grande sviluppo all'Orto botanico fiorentino fu dato da Paolo Boccone. Nel 1674 Pietro Nati, direttore dell'Orto pisano, descrisse la "bizzarria", un ibrido di cedro e arancio nato nel 1640 nel giardino Panciatichi presso la Torre degli Orti. Rinomati musei privati con preziosi reperti vegetali e animali erano quelli di Targioni Tozzetti a Firenze e di Tiberio Scali a Livorno.

Nel 1716 nacque la Società Botanica Fiorentina, la prima accademia botanica europea. A fondarla fu Pier Antonio Micheli, scienziato di fama europea, in contatto con i più grandi botanici del tempo. Le sue opere manoscritte, conservate nella Biblioteca Nazionale Centrale di Firenze, costituiscono uno dei documenti più rilevanti per la storia del pensiero scientifico toscano settecentesco. Alla sua morte, nel 1737, le preziose collezioni naturalistiche furono acquistate dal discepolo Giovanni Targioni Tozzetti.

Nel corso del secolo dei lumi, grazie anche alla politica del governo lorenese, le scienze naturali ebbero un impulso notevolissimo. Nel 1723 Michelangelo Tilli pubblicò il catalogo delle piante del Giardino dei semplici pisano, mentre nel 1748 Targioni Tozzetti dette alle stampe il catalogo del Giardino dei Semplici fiorentino. Nell'abbazia di Vallombrosa, don Bruno Tozzi e altri monaci studiarono e raffigurarono con estrema perizia le essenze vegetali della regione. Nel 1753 fu istituita a Firenze l'Accademia dei Georgofili, prima accademia agraria d'Europa. Un anno dopo fu creata a Cortona un'Accademia Botanica. E a Siena, nel 1784, fu istituito l'Orto botanico dell'Università.

Agli inizi dell'Ottocento, l'insegnamento universitario della storia naturale fu suddiviso in zoologia, anatomia comparata, geologia, mineralogia e botanica. Queste materie acquisirono così lo status di discipline autonome. A Firenze, l'insegnamento della botanica fu coperto da Ottaviano Targioni Tozzetti. A Pisa, Gaetano Savi insegnava botanica e dirigeva l'Orto botanico. A Lucca, nel 1820, la Duchessa Maria Luisa di Borbone favorì la creazione di un Orto botanico. Gli studi agricoli ebbero sviluppi decisivi grazie a Cosimo Ridolfi, Raffaello Lambruschini e Lapo de' Ricci, fondatori del Giornale Agrario. Nel 1842, all'indomani della terza riunione degli Scienziati Italiani tenuta a Firenze, Filippo Parlatore istituì presso il Museo Botanico fiorentino la prima raccolta botanica nazionale di campioni d'erbario, mentre nel 1854 fu istituita la Società Toscana di orticultura.

Dopo aver fatto tappa negli storici giardini botanici cittadini (Pisa, Firenze, Siena e Lucca), l'itinerario può utilmente prosegue negli orti di più recente istituzione. All'isola d'Elba, presso Portoferraio, si trovano i Giardini Botanici dell'Ottonella e dell'Ottone, precoci esempi di giardini di acclimatazione nati fra la fine dell'Ottocento e gli inizi del Novecento su impulso dello scienziato, fotografo e collezionista Giorgio Roster. Sempre sull'isola, in un scenario di grande bellezza e interesse naturalistico, si trova il piccolo ma grazioso Orto dei Semplici Elbano. Anche la montagna propone suggestivi luoghi di ricerca e di divulgazione della botanica. Dal territorio delle Apuane, dove si trovano l'Orto Botanico dei Frignoli, l'Orto Botanico "Pietro Pellegrini" e l'Orto Botanico "Pania di Corfino", alla Montagna Pistoiese, con l'Orto Botanico Forestale dell'Abetone; dal Casentino, con l'Arboreto Storico e Museo Forestale "Carlo Siemoni" di Poppi, agli Arboreti Sperimentali di Vallombrosa.