A história do bairro do Jardim Botânico coincide, em sua origem, com a história da Lagoa e do Engenho d’El Rey de Antonio Salema, que foi ampliado pelo Governador Martim de Sá. Nele, no século XVIII, o governador ergueu a capela Nossa Senhora da Cabeça, ao lado do Rio Cabeça, existente até nossos dias. A terra fértil foi ocupada pela cultura da cana de açúcar.

Com a chegada da Família Real ao Brasil, em 1808, Dom João VI desapropriou o Engenho da Lagoa para ali construir a Real Fábrica de Pólvora, que funcionou até 1851, quando, após várias explosões, foi transferida para a Raiz da Serra de Petrópolis. Junto a ela havia um jardim para plantas exóticas, sob a direção do futuro Marquês de Sabará. Dom João VI, entusiasmado pelo local, plantou ali a famosa palmeira real ou Palma Mater (destruída por um raio em 1972). O jardim logo se tornou o Horto Real, que, com Dom Pedro I, se transformaria em Jardim Botânico. Seu primeiro diretor, Frei Leandro do Sacramento (1824), fez nele várias melhorias, obras paisagísticas, lagos, aléias e fontes. Na República, dirigido por João Barbosa Rodrigues, recebeu o nome oficial de Jardim Botânico do Rio de Janeiro, sendo aberto à visitação pública.

Inicialmente, o acesso à região se dava por canoas pela Lagoa e um caminho precário corria pelo sopé do Corcovado, indo até o Rio Cabeça. O caminho, que em 1860 era conhecido como Rua do Oliveira, começou a ser aterrado pelo Comendador Carvalho, da Chácara da Bica, e, depois de calçado, se transformaria na Rua Jardim Botânico. As linhas de bondes chegariam logo depois, em 1871.

O bairro era repleto de chácaras: a de N. Sra. da Cabeça, de Luís de Faro, a dos Macacos, de Dona Castorina, a da Bica, de Jerônimo Ferreira Braga, entre outras. A mais destacada era a chácara do Comendador Antônio Martins Lage – que depois passaria para Henrique Lage -, com vasto parque em estilo inglês, palacete e jardins do paisagista Tindale. Em 1965, o imóvel foi tombado pelo Governador Carlos Lacerda, surgindo então o Parque Lage. Hoje o parque abriga a Escola de Artes Visuais e preserva os atributos da época, além de lago, densa arborização e trilha na floresta que chega até o alto do Corcovado.

No final do século XIX, surgiram as fábricas. Em 1884, implantava-se no bairro a Companhia de Tecidos Carioca, na atual Pacheco Leão, onde se instalou a Vila Operária Sauer. Em 1889, surge a Fábrica de Tecidos Corcovado, na Rua Jardim Botânico. Depois de demolidas, as fábricas deram origem a ruas residenciais do bairro.

A história da Rede Globo de Televisão começa no bairro, na Rua Von Martius, onde foi inaugurada, em 1965, a TV Globo. Após a transferência de estúdios para o Projac, no Camorim, a Rede Globo mantém ainda 4 estúdios destinados ao jornalismo no bairro.

Hoje, o bairro do Jardim Botânico abriga diversas atividades comerciais e de serviços e apresenta intenso trânsito na sua via principal - rua Jardim Botânico -, que canaliza parte do trânsito em direção à São Conrado e Barra da Tijuca. A maior parte do bairro, contudo, mantém ainda ruas tranqüilas e arborizadas.

Na bela região do Horto, encravada na Serra da Carioca e circundada pela mata atlântica do Parque Nacional da Tijuca, há acesso, por trilhas, às Cachoeiras do Quebra, Chuveiro, da Gruta e dos Primatas. No final da rua Pacheco Leão, tomado pelo patrimônio histórico e artístico nacional, destaca-se o Solar da Imperatriz, erguido no século XVIII e presenteado por Dom Pedro I para sua segunda esposa, Dona Amélia, em 1829. Ao lado, fica o Horto Florestal, setor de produção de mudas para reflorestamento em todo o Brasil.