Tão logo Portugal foi invadido pelos franceses, a Família Real transferiu-se para o Rio de Janeiro, isto em 1808. O Príncipe Regente, que mais tarde se chamaria D. João VI, resolveu fundar uma Fábrica de Pólvora à altura da cidade para onde se deslocara, para isto comprou o engenho que tinha pertencido a Rodrigo de Freitas.

Em 13 de junho de 1809, o Príncipe Regente mandou preparar um Jardim de Aclimatação, próximo da Fábrica de Pólvora, para a introdução de especiarias das Índias Orientais, com isto estava plantando o que seria a semente para o surgimento do atual Jardim Botânico do Rio de Janeiro, que anteriormente teve os nomes de Real Horto e Real Jardim Botânico. As primeiras espécies vindas do estrangeiro, aqui chegaram trazidas por Luiz de Abreu Vieira e Silva, que as presenteou a D. João, que mandou plantá-las no Real Horto. O regente desejando estimular a aclimatação e a cultura de especiarias exóticas, instituiu recompensas e medalhas aos que cultivassem estas plantas e isentou de taxas alfandegárias as fazendas que importassem materiais para este cultivo. Assim que D. João foi coroado Rei do Reino Unido de Portugal, Brasil e Algarves, aumentou o Real Horto e mudou sua denominação para Real Jardim Botânico, anexando-o ao Museu Real.

O apoio dado por D. João VI ao Real Jardim Botânico, cessou com seu embarque para Portugal, em 25 de abril de 1821, a chamado das Cortes de Portugal, porém a continuação de sua obra foi realizada por D. Pedro I. Ele desvinculou o Jardim Botânico do Museu Real, subordinando-o ao Ministério do Interior, que depois passou a ser chamado Ministério do Império. O Real Jardim Botânico era inteiramente privado. Com D. Pedro I, foi franqueado ao público, mas era necessária uma autorização do seu Diretor e assim mesmo, os visitantes o percorriam, acompanhados por praças do corpo de veteranos.

Em 1826, a Fábrica de Pólvora foi transferida para a Vila Inhomirim, após uma explosão, com o nome de Fábrica da Estrela. Na administração de Frei Leandro do Sacramento, que foi o terceiro Diretor da instituição, entre 1824 e 1829, o local começou a tomar as feições que tem atualmente, com ao traçado das aléias e das quadras internas.

Em 1832, já na administração de Bernardo José de Serpa Brandão, os prédios e oficinas da Fábrica de Pólvora passaram para à jurisdição do Jardim Botânico e no ano seguinte, os arrendamentos dos terrenos vizinhos foram anulados. A expansão e melhoria do Órgão, tiveram continuação a partir de 1851, com a nomeação do Senador Candido Baptista de Oliveira, o antigo portão de madeira foi substituído por um mais elegante, que em 1893 deu lugar também a outro com entrada mais ampla e alta. Foram construídas pontes e valetas para escoamento da água da chuva, reparada a canalização e completada com um aqueduto, no vale da Margarida, local que recebeu este nome devido a grande quantidade desta flor existente nas proximidades.

Com a passagem do Jardim Botânico para a subordinação do Instituto Fluminense de Agricultura, o Dr. Custódio Alves Serrão conhecido como Frei Custódio, que na época o administrava, desgostou-se e pediu demissão do cargo. Em 1863 foi contratado em Viena, o Professor Karl Glasl, que veio a ser Diretor do Jardim Botânico. Em sua administração foram embelezados os canteiros, colocados bancos, mesas e construída uma gruta. Com isto e aos poucos, o Jardim foi sendo cada vez mais procurado pelo público, por ter se transformado em lugar tranqüilo e acolhedor.

Novo período de realizações teve início a partir de 1934, quando o Dr. Paulo de Campos Porto, neto de João Barbosa Rodrigues, administrou o Jardim até 1938 e posteriormente, entre 1951 a 1961. O parque foi remodelado, atentando para a parte estética, enriqueceu as coleções de plantas, realizou exposições e congressos. Em 1975, teve início a administração do Dr. Osvaldo Bastos de Menezes e apesar das dificuldades que encontrou para obtenção de verbas realizou uma grande reforma na biblioteca, modernizando-a, equipando-a com novas publicações, que atualmente consta de 29.000 volumes, atualizou a publicação da Revista Rodriguésia, aumentando o número das mesmas, instituiu a realização mensal de seminários, deu continuidade à recuperação das áreas ocupadas do Jardim Botânico.

A área do Jardim Botânico é de 1.370.000 m2, fazendo parte do parque 540.000 m2, com aproximadamente 40.000 plantas. Em área pertencente ao Jardim Botânico, mas fora do parque propriamente dito, encontramos uma residência que pertenceu a D. Amélia Napoleona de Leuchtemberg, segunda Imperatriz do Brasil, imóvel este que foi ao longo do tempo bastante adulterado externa e internamente, possuindo uma capela e uma senzala. Este imóvel foi recentemente restaurado.

Um dos motivos de emoção para seus visitantes é a visão do tronco da Palma Mater, plantada por D. João VI em 1809, que foi atingida por um raio em 1972, ocasionando sua morte. Devido a isso parte de seu tronco encontra-se guardado como preciosa relíquia na entrada do edifício da administração, da mesma forma que, a placa de mármore partida nessa ocasião pela faísca elétrica.

Ao longo de toda sua existência, o Jardim Botânico tem recebido visitas de reis, rainhas, príncipes, presidentes, deste e de outros países, ministros de estado, representantes do clero, autoridades civis e militares, gênios da ciência, pesquisadores, visitantes ilustres e amantes da natureza. O Jardim Botânico possue palmeiras plantadas por ilustres personagens entre elas, as plantadas pelos Presidentes Getúlio Vargas e Juscelino Kubistchek.

No Século XVI existiam algumas fazendas e engenhos localizados no Jardim da Gávea, que englobava os atuais bairros da Gávea, Jardim Botânico e Lagoa.

Em 01 de janeiro de 1871 a Companhia de Ferro Carril do Jardim Botânico, empresa que recebeu a primeira concessão para serviço de bondes de burro da cidade, estendeu suas linhas até o atual Bairro do Jardim Botânico e permitiu pela primeira vez a ligação do Centro ao Largo das Três Vendas, atual Praça Santos Dumont, onde tinha ponto final, percorrendo uma extensão de 13 Km.

Em 1920, o Jardim Botânico perdeu uma grande área para a construção do Jockey Clube Brasileiro e deixou de se estender até a Lagoa Rodrigo de Freitas.