Кафедра ботаники была создана в 1913 году, в первый год функционирования Воронежского сельскохозяйственного института и ее первым заведующим с 1913 по 1931 год был академик Б.А. Келлер. Затем кафедрой заведовали: профессор В.Ф. Васильев (1931 – 1950 гг.), профессор, доктор сельскохозяйственных наук, заслуженный деятель науки РСФСР В.Ф. Лейсле (1950 - 1977 гг.), а с 1977 года ее возглавляет профессор, доктор биологических наук, заслуженный работник Высшей школы, академик Российской Экологической Академии, член-корреспондент российской Академии Естествознания А.В. Никулин.
       На кафедре в разные годы работали: академик АН СССР М.П. Томилин, член-корреспондент АН СССР Б.М. Козо-Полянский, профессора Е.М. Проскуряков, К.М. Поплавский, П.А. Никитин, Н.Ф. Комаров.
       В 1993 году на кафедру был передан курс физиологии растений и с 2000 года она стала называться кафедрой ботаники и физиологии растений.
       Одновременно с организацией кафедры в 1913 году Б.А. Келлером был создан Ботанический сад, который являлся учебной и научной базой кафедры. В 1954 году Ботаническому саду присвоено имя академика Б.А. Келлера, в 1969 году он признан охраняемым памятником природы. В 1991 году Ботанический сад стал самостоятельным структурным подразделением университета.
       Ученые кафедры принимали активное участие в подготовке учебников и ученых пособий. Учебник Б.А. Келлера «Ботаника» выдержал несколько изданий, по учебнику Б.М. Козо-Полянского «Курс систематики высших растений» обучаются студенты университетов, а учебник «Ботаника» В.Ф. Лейсле является основным для студентов сельскохозяйственных ВУЗов. Профессором А.В. Никулиным изданы учебные пособия «Основы микологии», «Систематика цветковых растений», «Полиморфизм и его эволюционное значение», «Кормопроизводство с основами ботаники и агрономии» (в соавторстве). Доцент Т.И. Кунаева в соавторстве с заведующим кафедрой биологии и экологии растений ВГУ, профессором К.Ф. Хмелевым опубликовала монографию «Растительный покров меловых обнажений бассейна Среднего Дона».
       С момента основания научные исследования кафедры направлены на изучение биологии растений. В период становления кафедры академик Б.А. Келлер вел активные разработки в области экологии и географии растений.
       В тридцатые годы, когда страна, находясь в экономической блокаде, испытывала голод в резине для интенсивно развивающейся автомобильной промышленности, перед наукой была поставлена задача – найти естественные каучуконосные растения. В.Ф. Лейсле активно включился в эту работу. Итоги поиска оказались успешными – более двадцати научных работ, в том числе «Анатомическая монография кок-сагыза», изданная АН СССР, защита в 1937 году кандидатской, а в 1945 году – докторской диссертации.
       В шестидесятые годы, когда набирающее темпы развития животноводство требовало мощной кормовой базы, на кафедре появилось новое научное направление по исследованию перспективных кормовых культур. В результате был выведен чудо сорт подсолнечника на силос «Белозерный гигант ВСХИ», на который профессором В.Ф. Лейсле и доцентом Е.Ф. Таволжанской в 1972 году было получено авторское свидетельство. Сорт отличается высокой урожайностью (более 1000 ц/га), высокопитательной зеленой массой, он гигантскими шагами занимал новые территории областей и краев страны.
       С приходом на кафедру А.В. Никулина появилось новое научное направление – изомерия растений, по которому защищена кандидатская и докторская диссертации. В настоящее время научные исследования сотрудников кафедры: А.В. Никулина, Т.И. Куниевой, Н.Д. Верзилиной, Е.М. Олейниковой, И.Г. Орловской, А.Н. Рубцова, Е.С. Гегучадзе посвящены изучению популяционной биологии растений различных экобиоморф, основ интродукции новых сахароносных культур, формированию эколого-ландшафтных систем земледелия применительно к конкретным агроландшафтам. По этим направлениям защищены три кандидатские диссертации, а за весь период деятельности кафедры подготовлено 5 докторов и более 20 кандидатов наук, опубликовано около 2000 научных работ.
       В феврале 2002 года на кафедре была проведена международная научно-методическая конференция, посвященная 100-летию со дня рождения В.Ф. Лейсле. По результатам работы конференции был выпущен сборник «Биологические аспекты развития растений».