“植物世界”是我馆四大经典常设展陈之一。展览位于展楼二楼北侧，展览面积850余平方米，展出的植物化石和各类现代植物标本多达1200余件。三个展厅分设 “植物演化”、“被子植物的繁盛与适应”和“植物与人类”三部分。展览以大量的植物化石标本、植物科学复原图、植物复原景观和各类现代植物标本等全面系统地介绍了植物从其诞生开始，从低等植物至高等植物不断繁盛的演化过程，以及植物在人类生产生活中的重要地位和作用。
“植物演化”厅以时间为轴线，从地球诞生开始，依次介绍了蓝细菌、内共生学说、藻类植物、苔藓植物、裸蕨类植物、楔叶类植物、真蕨类植物、前裸子植物、种子蕨、苏铁类植物、银杏类植物、松柏类植物、买麻藤类植物和被子植物。
“被子植物的繁盛与适应”展厅分设两个部分：第一部分讲述了繁盛被子植物，分别展示了形态各异的叶、绚丽多彩的花和千奇百怪的果实/种子三个单元；第二个部分讲述了与其生存环境相适应的各类被子植物，选取了六种植被类型中的植物展出，包括热带雨林植物、红树林植物、荒漠植物、高寒植物、食虫植物和寄生植物。
“植物与人类”展厅分为两个部分。外围墙面是第一部分，展示与人们的物质文明相关的植物内容，包括食用植物、药用植物、油料植物、纤维植物、香料植物、染料植物和其他具有重要经济价值植物共七个单元。展厅中央区域是本展厅的第二部分，展示了五十多个国家的国花，还展示了我国云南西双版纳地区傣族的贝叶经实物。