Aunque las plantas terrestres han existido durante 470 millones de años o más, la evidencia más temprana de plantas con flores, en la forma del fósil Archaefructus liaoningensis, data de hace solo 125 millones de años, en el período Cretácico temprano. Esto significa que las flores solo han existido durante aproximadamente una cuarta parte del tiempo de las plantas terrestres en general. La evidencia fósil de polen, considerada una fuerte indicación de plantas con flores, es un poco más antigua, data de hace unos 130 millones de años.
La evolución de las plantas con flores tardó mucho en llegar, pero hoy en día, son el grupo de plantas terrestres más exitoso, que se encuentran en todos los continentes excepto en la Antártida y en islas remotas. Su abrupta aparición y éxito fue tan extremo que Charles Darwin lo llamó un «misterio abominable». Desde la época de Darwin, sin embargo, se han encontrado más fósiles que revelan una serie de pasos intermedios antes de las flores en toda regla.
La evolución de las plantas es generalmente una en la que los grupos que aprovechan las innovaciones evolutivas fundamentales, como el tejido vascular, la corteza, las semillas o las flores, tienden a reemplazar casi por completo a las plantas más primitivas cuando realmente se ponen en marcha. Además, estas innovaciones evolutivas tienden a surgir en las plantas más complejas del momento. En consecuencia, las plantas con flores evolucionaron a partir de las plantas con semillas más sofisticadas, que habían reemplazado a la mayoría de las plantas sin semillas hace unos 370 millones de años, durante el período Devónico tardío.
Las flores son una innovación evolutiva muy exitosa porque permiten una gama más compleja de interacciones con otros organismos. Esto abre varias asociaciones simbióticas, especialmente con insectos polinizadores como las abejas. El intercambio constante de polen entre plantas, facilitado por las abejas, ayuda a que estas plantas se mantengan genéticamente diversas y resistentes a enfermedades u otras dificultades.
Las plantas con flores se diversificaron en los dos grupos principales, monocotiledóneas y dicotiledóneas, solo de 5 a 10 millones de años después de su evolución inicial. A fines del Cretácico, hace 65.5 millones de años, la mitad de los principales grupos de flores actuales habían evolucionado y representaban el 70% de las especies de plantas mundiales. El éxito de las plantas en esta época había hecho que los científicos especularan que los dinosaurios podrían haberse extinguido al comer flores. Esto fue antes de que los científicos llegaran a estar de acuerdo en que los dinosaurios probablemente se extinguieron por el impacto de un asteroide.