La historia evolutiva de las plantas comienza hace mucho tiempo. Las algas probablemente han existido en suelo húmedo durante más de mil millones de años, pero las plantas, como en el reino Plantae, no surgieron hasta hace 700 millones de años como mínimo. Este número proviene de un análisis de genética molecular que sugiere que las plantas terrestres se separaron de las algas verdes en esta época, aunque esta cifra no está corroborada por evidencia fósil. La historia evolutiva más temprana de las plantas en la tierra aparece en el período Ordovícico temprano, hace unos 475 millones de años, aunque muchos paleobotánicos sospechan que hubo plantas durante el período Cámbrico, hace 500 millones de años.
Las primeras plantas terrestres fueron briofitas no vasculares, representadas hoy por musgos, hornworts y hepáticas. Estas plantas, que carecen de tejidos circulatorios, eran bastante cortas, de entre 1 y 100 mm (4 pulgadas) de espesor. Estas briofitas representaron el grupo basal en la historia evolutiva de las plantas. Solo podrían sobrevivir en áreas muy húmedas, donde todas las células pueden absorber agua directamente y sus esporas podrían dispersarse fácilmente. Al carecer de una capa protectora, las esporas son relativamente frágiles y propensas a la desecación (desecación). Los científicos creen que las primeras plantas terrestres pueden haber preparado el escenario para la colonización de la tierra por animales al secuestrar dióxido de carbono de la atmósfera en la lignina biopolimérica. Esto aumentó la porción de la atmósfera que contiene oxígeno, haciéndola más disponible para los animales que respiran oxígeno, como los primeros artrópodos y moluscos terrestres.
Hace unos 425 millones de años, aparecieron las primeras plantas vasculares, como la simple bifurcación, los esporangios (estructura productora de esporas) con punta de Cooksonia y la inusualmente avanzada Baragwanathia, que se encuentra en Australia. Lentamente, las plantas crecieron en altura, desde solo un par de centímetros hasta alrededor de 20 centímetros (8 pulgadas). En este punto, las plantas se propagan principalmente a través del crecimiento vegetativo, ya que las esporas no se pueden dispersar muy lejos de la planta madre. Los científicos que estudian la historia evolutiva de las plantas están trabajando arduamente para tratar de determinar qué planta terrestre fue realmente la primera y cómo se veía su ecosistema.
A lo largo del Devónico (hace 416 – 360 millones de años), las plantas crecieron progresivamente en altura hasta llegar a ser tan grandes como los enormes helechos actuales. Al comienzo del Devónico, las plantas eran en su mayoría no vasculares y, en consecuencia, diminutas, pero al final del período, las plantas con semillas habían evolucionado, formando enormes bosques. La explosión de la diversidad botánica durante este período se ha denominado la «explosión del Devónico». Mientras tanto, los peces dominaban los mares.
La siguiente gran innovación en la historia evolutiva de las plantas fue mucho más tarde, durante el período Cretácico, cuando surgieron por primera vez las plantas con flores (angiospermas). Usando flores para atraer abejas, que luego polinizarían otras plantas, las angiospermas fueron genéticamente diversas y tuvieron un gran éxito evolutivo. Una de las últimas variedades de plantas son las gramíneas, que evolucionaron a partir de las angiospermas hace apenas 35 millones de años.