Bien que les plantes terrestres existent depuis 470 millions d’années ou plus, les premières preuves de plantes à fleurs, sous la forme du fossile Archaefructus liaoningensis, remontent à seulement 125 millions d’années, au début du Crétacé. Cela signifie que les fleurs n’ont existé que pendant environ un quart du temps des plantes terrestres en général. Les traces fossiles de pollen, considérées comme une forte indication de plantes à fleurs, sont un peu plus anciennes, datées d’environ 130 millions d’années.
L’évolution des plantes à fleurs a été longue à venir, mais aujourd’hui, elles constituent le groupe de plantes terrestres le plus réussi, que l’on trouve sur tous les continents sauf l’Antarctique et sur des îles éloignées. Leur apparition abrupte et leur succès étaient si extrêmes que Charles Darwin l’a qualifié de « mystère abominable ». Depuis l’époque de Darwin, cependant, plus de fossiles ont été trouvés qui révèlent une série d’étapes intermédiaires avant des fleurs à part entière.
L’évolution des plantes est généralement celle où les groupes qui exploitent les innovations évolutives fondamentales – telles que les tissus vasculaires, l’écorce, les graines ou les fleurs – ont tendance à remplacer presque complètement les plantes plus primitives lorsqu’elles démarrent vraiment. De plus, ces innovations évolutives ont tendance à émerger dans les plantes les plus complexes de l’époque. En conséquence, les plantes à fleurs ont évolué à partir des plantes à graines les plus sophistiquées, qui elles-mêmes avaient remplacé la plupart des plantes sans graines il y a environ 370 millions d’années, à la fin du Dévonien.
Les fleurs sont une innovation évolutive très réussie car elles permettent une gamme plus complexe d’interactions avec d’autres organismes. Cela ouvre divers partenariats symbiotiques, en particulier avec les insectes pollinisateurs tels que les abeilles. L’échange constant de pollen entre les plantes, facilité par les abeilles, aide ces plantes à rester génétiquement diverses et résistantes aux maladies ou autres difficultés.
Les plantes à fleurs se sont diversifiées dans les deux groupes principaux, les monocotylédones et les dicotylédones, seulement 5 à 10 millions d’années après leur évolution initiale. À la fin du Crétacé, il y a 65.5 millions d’années, la moitié des principaux groupes à fleurs d’aujourd’hui avaient évolué et représentaient 70 % des espèces végétales mondiales. Le succès des plantes à cette époque avait poussé les scientifiques à spéculer que les dinosaures auraient pu disparaître en mangeant des fleurs. C’était avant que les scientifiques ne s’entendent sur le fait que les dinosaures se sont probablement éteints à la suite d’un impact d’astéroïde.