L’histoire évolutive des plantes commence il y a très longtemps. Les algues existent probablement sur des sols humides depuis plus d’un milliard d’années, mais les plantes, comme dans le royaume des Plantae, n’ont émergé qu’il y a 700 millions d’années au plus tôt. Ce nombre provient d’une analyse de génétique moléculaire qui suggère que les plantes terrestres se sont séparées des algues vertes à cette époque, bien que ce chiffre ne soit pas corroboré par des preuves fossiles. La première histoire évolutive des plantes sur terre apparaît au début de la période ordovicienne, il y a environ 475 millions d’années, bien que de nombreux paléobotanistes soupçonnent qu’il y avait des plantes pendant la période cambrienne, il y a 500 millions d’années.
Les premières plantes terrestres étaient des bryophytes non vasculaires, représentées aujourd’hui par les mousses, les hornworts et les hépatiques. Ces plantes, dépourvues de tissus circulatoires, étaient assez courtes, entre 1 et 100 mm (4 po) d’épaisseur. Ces bryophytes représentaient le groupe basal dans l’histoire évolutive des plantes. Ils ne pourraient survivre que dans des zones très humides, où toutes les cellules peuvent facilement absorber de l’eau directement, et leurs spores pourraient être facilement dispersées. Faute d’un revêtement protecteur, les spores sont relativement fragiles et sujettes à la dessiccation (dessèchement). Les scientifiques pensent que les premières plantes terrestres ont peut-être ouvert la voie à la colonisation de la terre par les animaux en séquestrant le dioxyde de carbone de l’atmosphère dans la lignine biopolymère. Cela a augmenté la portion de l’atmosphère contenant de l’oxygène, la rendant plus disponible pour les animaux qui respirent de l’oxygène comme les premiers arthropodes et mollusques terrestres.
Il y a environ 425 millions d’années, les premières plantes vasculaires sont apparues, comme les simples sporanges bifurquants (structure productrice de spores) à pointe de Cooksonia et le Baragwanathia exceptionnellement avancé, trouvé en Australie. Lentement, les plantes ont grandi en hauteur, de quelques centimètres à environ 20 centimètres (8 pouces). À ce stade, les plantes se propagent principalement par croissance végétative, car les spores ne peuvent pas être dispersées très loin de la plante mère. Les scientifiques qui étudient l’histoire de l’évolution des plantes travaillent dur pour essayer de déterminer quelle plante terrestre était en fait la première et à quoi ressemblait son écosystème.
Tout au long du Dévonien (il y a 416 à 360 millions d’années), les plantes ont progressivement grandi en hauteur pour devenir aussi grandes que les fougères massives d’aujourd’hui. Au début du Dévonien, les plantes étaient pour la plupart non vasculaires et diminuaient en conséquence, mais à la fin de la période, les plantes à graines avaient évolué, formant d’immenses forêts. L’explosion de la diversité botanique au cours de cette période a été appelée explosion du Dévonien. Pendant ce temps, le poisson régnait sur les mers.
La prochaine innovation majeure dans l’histoire de l’évolution des plantes a eu lieu beaucoup plus tard, au cours de la période du Crétacé, lorsque les plantes à fleurs (angiospermes) ont fait leur apparition. Utilisant des fleurs pour attirer les abeilles, qui allaient ensuite polliniser d’autres plantes, les angiospermes étaient génétiquement diversifiés et connaissaient un grand succès évolutif. L’une des dernières variétés de plantes sont les graminées, qui ont évolué à partir des angiospermes il y a seulement 35 millions d’années.