Im Laufe seiner Geschichte wurde der Standort des Gartens insgesamt siebenmal verlegt. Großes Verdienst um den botanischen Garten Heidelbergs erwarb sich Daniel Nebel, den er 1708 nach den Zerstörungen durch den Pfälzischen Erbfolgekrieg neu angelegt hatte und dessen umfangreiche Pflanzensammlung den Grundstock für die weitere Entwicklung bildete. Später nahm sich Georg Matthäus Gattenhof um den Garten an.
Der jetzige siebte Garten wurde von Georg Albrecht Klebs und dessen Obergärtner Erich Behnick im Neuenheimer Feld errichtet und 1915 eröffnet. Durch Bombeneinschläge verlor der Garten kurz vor Ende des Zweiten Weltkrieges weitgehend seine Pflanzenbestände.
Unter Werner Rauh, Gartendirektor in den Jahren 1960–1982, erhielt der Garten seine heutigen, reichhaltigen Schwerpunktsammlungen (Sukkulenten der Alten und Neuen Welt, neotropische Orchideen, Bromelien).
Der Botanische Garten heute
Pflanzensammlungen
Im Botanischen Garten Heidelberg sind z. Zt. über 14.000 Pflanzenarten in Kultur. Der Sammlungsschwerpunkt des Gartens liegt in den Gewächshäusern. Die folgenden 11 Spezialsammlungen bilden hierbei das Herzstück:
Nur ein kleiner Teil der Gewächshäuser ist für Besucher frei zugänglich. Grundsätzlich können auch die in den nicht öffentlichen Gewächshäuser gelegenen Spezialsammlungen besichtigt werden, dazu ist jedoch rechtzeitig vorher im Sekretariat ein Besuchstermin zu vereinbaren.
Forschung und Lehre
Der Botanische Garten beteiligt sich an der Forschung und Lehre der angeschlossenen biologischen und pharmazeutischen Institute der Universität.
Hierfür werden Pflanzen für die Forschung und Vorlesungen herangezogen und bereitgehalten.
Im Rahmen der Biodiversitätsforschung werden am Beispiel der Familie der Kreuzblütler (Brassicaceae) Fragen der Verwandtschaft und die Phylogeographie untersucht.