У тилу комплексу університету, між вулицями Л. Толстого, Вєтрова, Комінтерну і бульв. Т. Шевченка. Пл. — 22,5 га. Заснований як навчальна та наукова установа Університету св. Володимира за проектом арх. В. Беретті. Земельна ділянка саду була лівим схилом р. Либідь (тепер протікає у підземному колекторі). На той час місцевість із дуже ерозованими схилами, зрідка вкритими чагарниками і рідколіссям, була непридатною для сільськогосподарського використання і тому збереглася без істотного втручання людини. Територія відзначалася своєрідним і складним рельєфом, рівнинні ділянки чергувались із схилами різної крутості. Проект саду розробив і здійснив від перших насаджень 1839 до остаточного впорядкування 1850 його директор у 1838— 52 — проф. Р. Траутфеттер. Основою ботанічного саду стали колекції рослин, які були передані Університету св. Володимира з колишнього Кременецького (Волинського) ліцею (закритий 1831) та Медико-хірургічної академії у Вільно. Перевезення колекцій тривало з 1839 до 1848. Під час розпланування території та насадження дерев зважали не лише на наукові та навчальні цілі, але й на естетичні та декоративні. Пейзажне планування саду було цілком підпорядковане особливостям рельєфу. 1846—49 за проектом арх. Й. Лауфера споруджено оранжерею на сім відділень для тропічних і субтропічних рослин та прилеглий до неї двоповерховий корпус для розміщення лабораторій, гербарію, аудиторій і квартир співробітників. У кін. 1852 в ботанічному саду та його оранжереях вже налічувалося 5225 різних видів рослин.

1934 - споруджено головний вхід до саду з боку бульв. Т. Шевченка, бельведер і поставлено нову огорожу. 1936 збудовано вхід з боку вул. Л. Толстого. Було також прокладено нові алеї, проведено водогін, територію освітлено. 1935—36 відремонтовано і розширено оранжерейний комплекс. Першу і сьому оранжереї капітально відремонтовано після Великої Вітчизняної війни.
Під час нацистської окупації Києва 1940 - 43 багато цінних дерев та кущів загинуло, кілька десятків рідкісних оранжерейних рослин вивезено в Німеччину. У травні 1944 відроджений сад відкрито для відвідувачів. Через те, що головний корпус університету був зруйнований, до його відбудови у лабораторному корпусі ботсаду розмістили кафедру систематики вищих рослин та кафедру фізіології й біохімії рослин. 1974—77 проведено реконструкцію саду (арх. С. Зубок та ін.): відремонтовао дорожнє покриття, терасовано схили, влаштовано нові пейзажні композиції. 1976—84 на місці трьох старих оранжерей споруджено новий оранжерейний комплекс — кліматрон (вис. 30 м; найвищий у світі) для унікальної колекції пальм та інші оранжереї (орхідейну, папоротеву, хвойну, розсадникову, водяних рослин тощо). 1984 зведено купольну (тропічну) оранжерею (вис. 18 м), вікторну і три сукулентні оранжереї. В експозиційній частині висаджено понад 4 тис. дерев та чагарників, закладено нові газони, створено експозиції бузків, магнолій, рододендронів, заасфальтовано всі дороги тощо. 1977, під час реконструкції оранжерейного комплексу, центральну частину двоповерхового (службового) будинку, в якому проживали і працювали відомі вчені і директори саду, було зруйновано, 1997 відбудовано у первісних формах. Проект відбудови розроблено проектно-виробничим кооперативом «Крос» (арх. І. Хоменко).
1934 ботанічному саду університету присвоєно ім'я акад. О. Фоміна, 1960 визнано пам'яткою садово-паркового мистецтва; 1992 надано статус об'єкта природно-заповідного фонду загальнодержавного значення.
Форма земельної ділянки і складний рельєф обумовили планування та просторове вирішення саду у пейзажному стилі. По зовнішньому периметру прокладено обхідну кільцеву дорогу, доповнену поперечною, що розділяє сад на дві частини — науково-дослідницьку та прогулянкову і з'єднує бульв. Т. Шевченка з вул. Л. Толстого. Ці головні паркові дороги доповнено розгалуженою мережею доріг, алей та стежинок, прокладених відповідно до рельєфу місцевості. Насаджень часів закладання саду майже не залишилося, більшість дерев та кущів пізнішого походження. Без змін збереглося, в основному, планування.
Загальна площа оранжерей ботанічного саду складає бл. 4 тис. кв. м, в них розміщено одну з найчисельніших в Україні колекцію тропічних і субропічних рослин, яка налічує понад 10 тис. видів, форм та сортів. Тут розміщуються такі унікальні рослини, як 200-літній екземпляр енцефаляртоса колючого, 180-літні юбея чилійська та лівістона південна, 100-літні екземпляри пальм — фініка канарського, ховеї Хорстера, араукарії Бідвілла. Колекція кактусів та інших сукулентів налічує понад 2,5 тис., що відносить її до найкращих у світі. Позаду оранжерей насипано величезні тераси, засаджені одержаними із закордонних ботанічних садів рідкісними деревами, кущами та травами.
На відкритих ділянках ботсаду зібрано колекцію деревних рослин — понад 1,2 тис. таксонів. Серед них найбагатше представлені магнолії, рододендрони, кизильники, таволги, шипшини, клени, сосни, ялівці тощо. Особлива увага приділяється інтродукції реліктових та ендемічних рослин, а також високодекоративним видам та садово-декоративним формам. Трав'яниста флора представлена експозиціями спорових рослин, рідкісних та зникаючих видів, лікарських та квітково-декоративних рослин, а також гірських видів. Усі рослинні колекції ботанічного саду налічують бл. 10 тис. видів, форм і сортів. Рослинні експозиції сформовано як за ботаніко-географічним принципом, так і у вигляді моносадів у пейзажному стилі.
У ботанічному саду працювали в різний час відомі вчені. З ним пов'язане ім'я акад. С. Навашина (1894—1915 — директор; до 1900 проживав у службовому будинку на його території). Відкрив 1898 явище подвійного запліднення в покритонасінних рослин, що належить до найвизначніших відкриттів у біологічній науці.
Широко відомі дослідження акад.О.Фоміна (директор саду в 1915—35; жив у службовому будинку). Багато уваги приділяв зміцненню матеріальної бази, збільшенню колекційних фондів, підвищенню рівня наукової роботи. У надзвичайно складних умовах 1-ї світової та громадянської воєн учений наново проетикетував дерева і кущі саду, провів ремонт оранжерей, побудував три теплиці, зберіг унікальну колекцію тропічних і субтропічних рослин. 1924 організував видання журналу «Вісник Київського ботанічного саду», започаткував фундаментальне видання «Флора УРСР», у першому томі якого вміщено його опис папоротеподібних та голонасінних рослин. О. Фомін був ініціатором створення 1927 і першим директором Українського науково-дослідного інституту ботаніки, наукові кадри для якого підготовлені на базі науково-дослідної кафедри, що 1922— 27 функціонувала при ботанічному саду.
Під керівництвом І. Білоконя (директор саду в 1961—75) було створено нові експозиційні ділянки — спорових рослин, гірських рослин, формовий сад, проведено реконструкцію кактусової оранжереї й оранжереї-розсадника, започатковано колекцію рододендронів, магнолій, кизильників.
З ботанічним садом також пов'язана діяльність таких учених, як П. Рогович (завідувач ботанічного саду і гербарію університету 1852—68), М. Холодний (засновник і завідувач кафедри фізіології й анатомії рослин 1933—41), О. Шмальгаузен (професор кафедри ботаніки і завідувач ботанічного саду та ботанічного кабінету університету 1879—94) та ін.
Нині ботанічний сад є науково-дослідною, навчально-освітньою і природоохоронною установою, займається збереженням, вивченням і збагаченням рослинного різноманіття регіону шляхом створення та поповнення колекцій рослин світової флори. З метою поповнення колекції рослин-інтродуцентів сад обмінюється насінням з більш як 300 зарубіжними ботанічними установами. До його структури входять також ботанічний музей (розміщений у головному корпусі університету), створений 1839 як навчальний підрозділ університету (налічує бл. 20 тис. гербарних і понад 2 тис. натурних зразків вищих і нижчих рослин), спеціалізована наукова бібліотека, започаткована одночасно з ботанічним садом.
На фасаді відбудованого службового будинку встановлено гранітні меморіальні дошки (перенесені з попередньої споруди) С. Навашину (1972, арх. І. Малакова) та О. Фоміну (1968) [1780].

• Беретті В.
,
• Білокінь І. П.
,
• Лауфер Й.
,
• Малакова І.
,
• Навашин С. Г.
,
• Рогович П.
,
• Траутфеттер Р.
,
• Фомін О.
,
• Хоменко І.
,
• Шмальгаузен О.