L’enorme importanza dell’attività zoologica di Giacomo Doria ha fatto talora passare in secondo piano il fatto che egli si occupò di piante ancor prima che di animali; infatti Ferdinando Rosellini, precettore dei suoi fratelli, lo avvicinò al mondo della botanica quand’era ancora poco più che bambino. Allestì, giovanissimo, un suo erbario ma nel 1860, quando l’interesse zoologico prese il sopravvento, lo regalò e il Museo così si fondò, nel 1867, senza una collezione botanica.
Doria riprese a raccogliere piante solo nel 1892, costituendo l’“Herbarium Camillae Doriae”, dedicato alla figlia Camilla, che incrementò fino alla fine dei suoi giorni, radunando circa 20.000 esemplari.
Dovettero passare quasi cinquant’anni perché gli erbari facessero la loro comparsa ufficiale in Museo. Fu Francesco Baglietto, amico di Doria, ad inaugurare la serie delle donazioni. Il suo erbario, composto da circa 20.000 esemplari, pervenne in Museo nel 1913. Nello stesso anno venne a mancare Giacomo Doria e il Museo ereditò anche il suo erbario.
Nel 1935 il Museo ricevette dal “Museo Pedagogico” (sciolto nel 1934) una serie di erbari importanti, anche se non conservati in modo ottimale. Tra questi, gli erbari Durazzo e Brignole rivestono un grande interesse; il primo, impiantato dalla marchesa Clelia, figlia di Giacomo Filippo III Durazzo, è il più antico tra quelli del Museo; il secondo, con 3.500 esemplari, italiani e stranieri, annovera anche vari tipi.
Negli anni sono stati poi introitati gli erbari di insigni botanici tra cui quello di Camillo Sbarbaro (poeta, scrittore e anche botanico) che comprende 2.000 esemplari di licheni donati nel 1963 e 1964.
A partire dal 1980 ha preso sviluppo l’Erbario Micologico (che raccoglie campioni di funghi), arricchitosi gradualmente prima grazie alle donazioni di Francesco Orsino, Mido Traverso, Mirca Zotti, ecc. e poi per l’attività di Fabrizio Boccardo.
Nel complesso le collezioni botaniche comprendono circa 60.000 campioni.