El origen del Jardín Botánico se remonta al huerto de simples conformado en 1567 por el catedrático de Hierbas, Juan Plaza. Con el tiempo se buscó un lugar donde se pudieran cultivar, además de plantas medicinales, otras nuevas especies, y que a su vez sirviera para el estudio botánico en general. Finalmente, en 1802, la Universitat adquirió el Huerto de Tramoyeres, situado extramuros, muy próximo a las Torres de Quart.

El rector Vicente Blasco, asesorado por su discípulo y amigo, Antonio José Cavanilles, impulsó la configuración del nuevo jardín, encargando su puesta a punto al médico Francisco Gil y al arquitecto Cristóbal Sales. Así, se definieron los cuadros de plantación, se adecuaron las acequias de riego y se habilitaron aulas y despachos.

En 1862 se construyó la gran estufa tropical de hierro y vidrio, proyectada por Sebastián Monleón. Una obra muy singular, de notable alarde tecnológico en la España de mediados del siglo XIX, diseñada en los inicios del uso del hierro como material constructivo. Presenta una sencilla estructura conformada por una gran cubierta arqueada de estructura en hierro, de 24 m de longitud, 8,25 de luz y 9 de alto, y cerramiento compuesto por 5342 vidrios. La parte superior se apoya en un grueso muro de mampostería al que se adosó, a inicios del siglo XX, la torre que albergó las antiguas dependencias de dirección. En 1888, se levantó también el invernadero de la balsa, de materiales y composición similar a la estufa tropical.

El umbráculo fue diseñado por el arquitecto Arturo Mélida en 1897. Se compone de una estructura semicilíndrica de hierro, apoyada en columnas de ladrillo cara vista, y un estanque para el riego en el centro. Destaca la decoración de las barandillas, pilastras y arcos con elementos ornamentales en bajorrelieve y vasos de estilo neogriego. Desde 2005 se ubica en la balsa central la escultura “Homenaje a Cavanilles”, obra de Andreu Alfaro.

Entre 1989 y 1991 se llevó a cabo la completa restauración del Jardín, se recuperó el espacio ajardinado y las antiguas estructuras fueron sometidas a una profunda rehabilitación.  En el año 2000 se inauguró el edificio de investigación, proyectado por Carlos Bento y Luis Gay, quienes habían supervisado también la rehabilitación de las construcciones históricas. Se concibe un volumen de tres plantas sobre rasante, dispuesto en paralelo a la calle de Quart. El acceso principal, desplazado respecto al eje de simetría central, se enfatiza sobre la fachada con un juego de elementos verticales que contrastan con la horizontalidad predominante en la composición. Da paso a un patio circular, presidido por un monumental almez, que distribuye las entradas al jardín y a los espacios interiores del edificio. 

Cada uno de los niveles de la fachada se diferencian por la morfología de ventanas, la profundidad de los planos y los revestimientos utilizados; diferencias que contribuyen a atenuar la monotonía que podría conferir el recurso a una disposición seriada de los vanos. Conjuga formas y materiales actuales con referencias históricas, como la galería con columnas de la planta superior o la presencia de entrantes, salientes y hornacinas sobre la fachada lateral, en línea con las propuestas de la arquitectura posmoderna. De esta manera, el volumen, la escala y las formas posibilitan una adecuada integración con el entorno histórico donde se sitúa.

Declarado en el año 2006 Bien de Interés Cultural con la categoría de Jardín Histórico, este emblemático espacio ha sido adaptado como centro universitario de investigación, docencia y difusión cultural.