Датой основания Главного ботанического сада считается 14 апреля 1945 года. В постановлении Совета Народных Комиссаров «Об ознаменовании 220-летия существования Академии наук СССР» наряду с другими мероприятиями было решено организовать новый ботанический сад в столице. Под Ботанический сад выделили 361 гектар земли в Останкинском лесопарке.

Он расположен на месте уникальных лесных природных массивов Москвы. Благодаря научной деятельности работников сада сохранились фрагменты Ерденьевской рощи в составе Останкинской дубравы и Леоновский лес. Эти территории впервые упоминаются в хрониках 1584 года. Принадлежали они князьям Черкасским.

Затем эти земли перешли во владение Шереметевых, получивших «сельцо Осташково» с усадьбой в качестве приданого Варвары Черкасской, вышедшей замуж за Петра Борисовича Шереметева. Граф Николай Шереметев, владелец «Останкино», превратил ближайшую к имению часть рощи в Английский парк. Для чего был нанят садовник-англичанин, который стремился достичь естественного характера пейзажа.

На территории парка были выкопаны 5 искусственных прудов, которые питались водой речки Каменки, одного из притоков Яузы. Основными древесными породами парка были дуб, липа и клен. А из кустарников преобладали лещина, жимолость и калина.

В 1948 году был создан отдел дендрологии. Главная цель - интродукция древесных растений с целью обогащения культурной флоры и охраны генофонда растительного мира. Для дендрария выделена территория площадью 75 гектаров. Растения размещены в нем по систематическому принципу - представители каждого рода выращены в одном массиве с учетом экологических особенностей составляющих его видов с учетом предполагаемых размеров растений и способов их размещения: в плотных группах, в разреженных группах или солитерами.

По состоянию на 2005 год в дендрарии представлено 2 020 видов, разновидностей и форм древесных растений. Решениями Моссовета и постановлениями Президиума Академии наук СССР, в период с 1945 по 1969 годы, Главному ботаническому саду были переданы земли, на которых в настоящее время размещены основные ландшафтные и ботанические экспозиции. В 1998 году саду были переданы в бессрочное пользование 331,49 гектаров.