ניכנס אל הגן הבוטני מגשר הבטון בתחומי הקמפוס בהתאם לשילוט ונגיע אל פינת החמד הסבוכה בעצים, בשיחים, בצמחי בר, בפינות ישיבה ובפלג מים זורם. בגן מצויים כיום כ-950 מיני צמחים, המהווים כ-40% מכלל מיני הבר של ישראל. קיימים בו מינים של צמחים הנמצאים בסכנת הכחדה, שאותם מגדלים ומטפחים גם במטרה להחזירם לטבע.
הגן משתרע על פני 25 דונם. הוא הוקם בשנת 1931 בתוך תחומי האוניברסיטה למטרות מחקר ותיעוד של הצומח, על בסיס הרעיון לייצג את כל הצומח בארץ ישראל לפי בתי גידול ואזורי צומח. הקימו אותו הפרופסורים אוטו ורבורג ואלכסנדר איג, ממייסדי המחלקה לבוטניקה באוניברסיטה העברית ומראשוני החוקרים בתחום הבוטניקה והפיטוגאוגרפיה בישראל (תחום בבוטניקה העוסק בחקר התפוצה הגאוגרפית של מיני הצומח. ייחודו וחשיבותו של הגן בכך שהוא אחד מהגנים הראשונים שהוקמו כ"גן אקולוגי" לצמחי בר.
הרכס שעליו יושבת ירושלים הוא הגבול הפיטוגאוגרפי הדרומי של הצומח הממוזג הצפוני, כמו גם הגבול הפיטוגאוגרפי הצפוני של הצומח הטרופי הדרומי. רכס זה הוא גם הגבול המזרחי של האזור הים תיכוני, ולפיכך יוצר בית גידול מיוחד למגוון עצום של צמחיית בר. בחלקות הגן מיוצגות חברות הצומח השונות של ישראל, כולל צמחיית החוף והמדבר, תוך שחזור חזותן הטבעית המשתנית במשך עונות השנה ועם המינים העיקריים האופייניים להן.
הרעיון האקולוגי שעמד בבסיס נטיעת הגן הוכיח את עצמו לאורך זמן רב: בשנים 1948–1967 הגן, שנותר במובלעת הישראלית בשטח ירדן, ניטש, ועם שובה של האוניברסיטה להר הצופים נתגלה שרוב הגן השתמר במשך השנים שהיה נטוש. אולם, פרויקט פיתוח הקמפוס האוניברסיטאי שהחל בשנות השבעים פגע בגן קשות. אמנם ב-1988 הוא שוקם ונפתח מחדש לקהל, בשנת 1988, ובשנים האחרונות שינה את ייעודו המדעי והתמקד בשימור מיני בר בסכנת הכחדה והיווה מאגר זרעים כאפשרות להשבתם לטבע, בשיתוף רשות הטבע והגנים ובנק הגנים במרכז וולקני.
בתום שיפוץ בן שנתיים בתרומתו האדיבה של ידיד קק"ל בקנדה, מר סטפן ויקטור, נעשו בגן עבודות פיתוח, שימור וטיפוח אוסף הצמחייה הקיים. נבנו תשתיות של מערכות שבילים שהונגשו גם עבור אוכלוסיית מוגבלי התנועה, נעשה שימור האתר הארכאולוגי שנמצא בתחומו – קבר ניקנור, ועוד.
התוכנית לשימור ולפיתוח הגן שיזם המתכנן והפסל הסביבתי רן מורין מתבססת על מחקר נרחב שערך על תולדות המקום. נקודת המוצא של התוכנית היא שהגן הבוטני הוא נכס תרבותי רגיש שיש לשמר ולפתח באופן המתאים לקונספט האקולוגי הייחודי שלו.
במרכז הגן חבויה מערכת של מערות קבורה מימי בית שני, 'קבר ניקנור', אחוזת קבר שהשתייכה למשפחת ניקנור מאלכסנדריה, המוזכרת במשנה ובתלמוד כתורמת שעריו המזרחיים של בית המקדש. באחד מהאולמות העתיקים של המערה קבורים המנהיגים הציוניים מנחם אוסישקין וי"ל פינסקר.