Sejarah evolusi tumbuhan dimulai sejak lama. Alga mungkin telah ada di tanah yang lembab selama lebih dari satu miliar tahun, tetapi tumbuhan, seperti dalam kingdom Plantae, tidak muncul paling cepat 700 juta tahun yang lalu. Angka ini berasal dari analisis genetika molekuler yang menunjukkan bahwa tanaman darat terpisah dari ganggang hijau sekitar waktu ini, meskipun angka ini tidak didukung oleh bukti fosil. Sejarah evolusi tumbuhan di darat paling awal muncul pada periode Ordovisium awal, sekitar 475 juta tahun yang lalu, meskipun banyak ahli paleobotani menduga ada tanaman selama periode Kambrium, 500 juta tahun yang lalu.
Tumbuhan darat pertama adalah bryophyta non-vaskular, yang sekarang diwakili oleh lumut, lumut tanduk, dan lumut hati. Tumbuhan ini, tidak memiliki jaringan peredaran darah, cukup pendek, dengan ketebalan antara 1 dan 100 mm (4 inci). Lumut ini mewakili kelompok basal dalam sejarah evolusi tumbuhan. Mereka hanya bisa bertahan hidup di daerah yang sangat lembab, di mana semua sel dapat dengan mudah mengambil air secara langsung, dan spora mereka dapat tersebar dengan mudah. Tidak memiliki lapisan pelindung, spora relatif rapuh, dan rentan terhadap desikasi (pengeringan). Para ilmuwan percaya bahwa tanaman darat pertama mungkin telah mengatur panggung untuk kolonisasi tanah oleh hewan dengan menyerap karbon dioksida dari atmosfer dalam lignin biopolimer. Ini meningkatkan porsi atmosfer yang mengandung oksigen, membuatnya lebih tersedia bagi hewan penghirup oksigen seperti artropoda dan moluska terestrial pertama.
Sekitar 425 juta tahun yang lalu, tanaman vaskular pertama muncul, seperti bifurcating sederhana, sporangia (struktur penghasil spora) berujung Cooksonia dan Baragwanathia yang sangat maju, ditemukan di Australia. Perlahan-lahan, tinggi tanaman tumbuh, dari hanya beberapa sentimeter menjadi sekitar 20 sentimeter (8 inci). Pada titik ini, tanaman menyebar terutama melalui pertumbuhan vegetatif, karena spora tidak dapat tersebar terlalu jauh dari tanaman induk. Para ilmuwan yang mempelajari sejarah evolusi tumbuhan sedang bekerja keras untuk mencoba menentukan tumbuhan darat mana yang benar-benar pertama dan seperti apa ekosistemnya.
Sepanjang Devonian (416 – 360 juta tahun yang lalu), tanaman semakin tumbuh tinggi menjadi sebesar pakis besar hari ini. Pada awal Devonian, tanaman sebagian besar tidak berpembuluh dan karenanya kecil, tetapi pada akhir periode, tanaman berbiji telah berevolusi, membentuk hutan besar. Ledakan keanekaragaman tumbuhan selama periode ini disebut “ledakan Devonian”. Sementara itu, ikan menguasai lautan.
Inovasi besar berikutnya dalam sejarah evolusi tumbuhan jauh kemudian, selama periode Kapur, ketika tumbuhan berbunga (angiospermae) pertama kali muncul. Menggunakan bunga untuk menarik lebah, yang kemudian akan menyerbuki tanaman lain, angiospermae secara genetik beragam dan sukses besar secara evolusi. Salah satu varietas tanaman terbaru adalah rumput, yang berevolusi dari angiospermae hanya 35 juta tahun yang lalu.