คือเก็บรวบรวมตัวอย่างพืชเพื่อใช้เป็นฐานข้อมูลเกี่ยวกับพืชของประเทศไทย และสนับสนุนการเรียนการสอน รวมทั้งการวิจัยของนิสิตและคณาจารย์ในภาควิชา ตลอดจนนักวิจัยจากหน่วยงานอื่น โดยมีคณาจารย์ บุคลากร และนิสิตของหน่วยปฏิบัติการวิจัยพรรณไม้ประเทศไทยเป็นผู้สำรวจและเก็บตัวอย่างพรรณไม้
ปัจจุบันพิพิธภัณฑ์พืชฯ มีตัวอย่างพืชกว่า 26,000 ตัวอย่าง โดยเป็นตัวอย่างพืชกลุ่มไม้ดอกประมาณ 16,000 ตัวอย่าง เฟินและพืชกลุ่มพืชใกล้เคียงประมาณ 5,000 ตัวอย่าง ไบรโอไฟท์ 1,000 ตัวอย่าง ไลเคนส์ 550 ตัวอย่าง และสาหร่าย 600 ตัวอย่าง และยังมีตัวอย่างพืชที่กำลังดำเนินการจัดเตรียมเพื่อนำเข้าเก็บในพิพิธภัณฑ์พืชฯ อีกประมาณ 3,000 ตัวอย่าง