Si tratta del più antico Orto Botanico europeo costituito in dipendenza di un’Istituzione universitaria. L’aspetto attuale differisce notevolmente da quello originario e le strutture visibili nelle condizioni originarie sono: l’antico Istituto con la caratteristica facciata decorata con conchiglie e madrepore; i pilastri del cancello posti di fronte ad esso e decorati in modo analogo; sei delle otto fontane con vasca.

Fin dalla sua origine l’Orto ha svolto un’importante funzione nelle attività didattiche ed è oggi fonte di materiale per corsi di Botanica oltre a fornire, con le sue collezioni, supporto ai programmi di ricerca indirizzati sia agli aspetti biologici, genetici e naturalistici, sia a settori applicativi quali quello farmaceutico, veterinario ed agrario. Nella parte dell’Orto situata a nord del Dipartimento di Scienze Botaniche si estende l’arboreto dove sono coltivati alberi appartenenti al gruppo delle conifere e delle amentifere.

Fuori dell’arboreto si trovano svariati alberi di rilevanza storica; nell’Orto del Cedro vivono i due esemplari più vecchi: una Magnolia grandiflora ed un Ginkgo biloba, piantati nel 1787 dal prefetto Giorgio Santi. Una serie di piante raggruppate per famiglie nelle aiuole della “Scuola Botanica” consentono di apprezzare, secondo un criterio didattico-sistematico, le affinità esistenti tra i vari gruppi vegetali mediante il confronto delle strutture fiorali ed in generale degli aspetti morfologici.

Nel settore denominato “Orto del Mirto” per la presenza di un vetusto esemplare di Myrtus communis, vengono coltivate circa centoquaranta specie di piante officinali, alcune utilizzate dalla farmacopea italiana come il ricino e la digitale. Le piante acquatiche costituiscono una collezione di specie prevalentemente autoctone che un tempo caratterizzavano il territorio toscano. Alcune di esse come la farferugine di palude sono scomparse dagli ambienti naturali; altre come l’ilibisco palustre ed il nannufero risultano a rischio di estinzione a causa dell’inquinamento delle acque e delle bonifiche idrauliche. Vengono coltivate anche numerose piante acquatiche esotiche come la Victoria regia Lindley.

La collezione delle geofite mediterranee raccoglie specie erbacee afferenti prevalentemente ai generi Allium, Ornithogalum e Muscari, provenienti da diverse zone del bacino del Mediterraneo e costituisce oggetto di studi citotassonomici e geobotanici. Un’intera serra dell’Orto Botanico è destinata alla specie delle succulente. Sono ospitate sia specie a succulenza caulinare come le Cactaceae e le Euphorbiaceae, sia esemplari a succulenza fogliare presenti nei generi Aloe ed Agave.

Una serra dotata di sofisticate apparecchiature di controllo e regolazione dei parametri ambientali ospita la collezione delle specie tropicali. Vengono coltivate Araceae, Bromeliaceae, Commelinaceae, Orchidaceae ed alcune piante di interesse alimentare quali la papaia, il pepe, il caffè, il tamarindo, la passiflora e l’eugenia. La piccola collezione delle specie apuane comprende la Biscutella apuana, la Centaurea arachnoidea e la Daphne alpina. La raccolta è stata eseguita d’intesa con il Parco Naturale delle Alpi Apuane.
Gli studi egittologici italiani hanno da tempo una sede privilegiata in Pisa. La collezione comprende piante erbacee, arbustive ed arboree coltivate nell’antico Egitto per usi alimentari, farmacologico-cosmetici ed industriali.