L’Ecole de Médecine est transférée de l’Hôpital St-Jean à son emplacement actuel en 1865. Dès 1863, le projet de l’architecte Moll doit prévoir un jardin botanique mais faute de moyens, celui-ci n’est pas réalisé. De plus, la ville dispose déjà d’un jardin botanique à l’emplacement de l’actuel Jardin des Plantes. Tant et si bien qu’il faudra attendre 1888 pour que les travaux puissent véritablement commencer sous la houlette du Dr Lieutaud, Directeur du Jardin des Plantes et titulaire de la chaire de Botanique à l’École de Médecine.
En 1891, le Conseil municipal vote le transfert de l’École Botanique du Jardin des Plantes vers l’École de Médecine, dans le cadre des travaux qui vont transformer le Jardin des Plantes en parc paysager public ouvert sur le Boulevard Foch. Ce transfert n’aura effectivement lieu qu’après la mort du Dr Lieutaud en 1895.
Le Dr Thézée, son successeur, s’inspire du Jardin Botanique créé par Léon Guignard à la Faculté de Pharmacie de Paris et se fait envoyer des graines et des plantes du Muséum de Paris et du monde entier.
Le jardin est alors organisé en deux parties : l’école de botanique et l’arboretum traversé par une rivière artificielle. Une serre chaude est construite en 1902. Les espèces botaniques sont disposées suivant la méthode de classification de Bentham et Hooker, des moins évoluées (Poacées) aux plus évoluées (Astéracées).
Le jardin a d’abord été entretenu par les employés municipaux sous la direction scientifique du titulaire de la chaire d’Histoire naturelle et ce n’est qu’en 1964 qu’il a été placé sous la responsabilité du personnel de l’Éducation nationale.
La serre édifiée en 1902 a été remplacée en 1947-48 puis de nouveau en 1985.
La partie du jardin située en face du bâtiment de la faculté a quant à elle subi une modification de son tracé, perdant une partie de ses arbres au cours du siècle dernier, comme l’indique la comparaison des plans et photographies successives. Il y subsiste tout de même un araucaria planté lors de la constitution du jardin.
En 1994, des massifs thématiques regroupant les plantes par action thérapeutique ont été créés entre le pavillon d’anatomie et l’École de Botanique par le Pr. Hélène Guinaudeau, alors responsable du jardin, le dotant ainsi d’un nouvel outil pédagogique.