Сал заложен в 1932 году на площади 108 гектаров. В 1967 году ему присвоен статус научно-исследовательского учреждения. В 2006 году Ботанический сад был внесен перечень «Особо охраняемых природных территорий Республики Казахстан»
По состоянию на 1982 год экспозиции (флора Казахстана, Европейской части СССР, Сибири и Дальнего Востока, Крыма и Кавказа, Северной Америки, Восточной Азии) были расположены по ботанико-географическому принципу, а размещение растений - по парково-ландшафтному. В коллекции было свыше 7 тысяч видов растений, разновидностей и форм, в том числе флоры Казахстана - 375, инорайонных растений СССР - 453, зарубежной - 872[1].
Ботанический сад имел отделы растений: флоры и экологии, древесных, декоративно-цветочных, тропических, пищевых и лекарственно-технических репродукции и защиты интродуцентов и лабораторию физиологию и биологии растений. Учёные разрабатывают проблему интродукции и акклиматизации растений в Казахстане, исследуют растительные ресурсы Республики, выявляют и культивируют хозяйственно-ценные виды. Ими переданы для озеленения города свыше 100 видов, 46 форм и 15 сортов растений различного географического происхождения.[1]
НИИ Главный Ботанический сад координировал деятельность 5 ботанических садов Казахстана - Карагандинского, Жезказганского, Алтайского, Илийского и Мангышлакского. Вёлся обмен научной литературой, посадочным материалом, семенами со 108 ботаническими садами 48 стран мира[1].