Museon kasvikokoelmat sisältävät lähes 270 000 näytettä. Niiden perustan muodostavat Kuopion Luonnon Ystäväin Yhdistyksen aktiivisen toiminnan tuloksena kerätyt kokoelmat, jotka tulivat tunnetuiksi laajalti maamme luonnontieteilijöiden piirissä. Kokoelmien pohjana ovat Kuopiossa vaikuttaneiden innokkaiden luonnonharrastajien putkilokasveja sisältävät lahjoitukset. Näistä merkittävimpiä ovat A. J. Melan kokoelma, O. A. F. Lönnbohmin Siperiasta keräämä materiaali sekä J. Pekkarisen keltanokokoelma. Muita 1900-luvun huomattavia kuopiolaisia botanisteja ja samalla museon kokoelmien kartuttajia olivat mm. H. Roivainen, K. Enwald, K. Linkola, M. J. Kotilainen ja O. Kyyhkynen.
Kasvikokoelmien sijoituspaikkaa muutettiin aluksi useaan otteeseen, kunnes vuonna 1907 ne siirrettiin muiden luonnontieteellisten kokoelmien ohella kaupungin rakennuttamaan museotaloon Kauppakadulle. Vuodesta 1983 lähtien kasvikokoelmat ovat sijainneet luonnontieteellisen museon tiloissa Myhkyrinkadulla.
Nykyisin kasvi- ja sienikokoelmia kartutetaan aktiivisesti etenkin museon tutkimus- ja yhteistyöhankkeiden yhteydessä. Edelleen osa kasvi- ja sieninäytteistä saadaan tutkijoiden ja harrastajien lahjoituksina tai museoiden välisen vaihtotoiminnan kautta.