「日光植物園」の通称で親しまれている当園は、東京大学大学院理学系研究科附属植物園（通称「小石川植物園」）の分園です。 高山植物や寒冷地の植物の研究と教育を主な目的として、はじめ1902年（明治35年）に東照宮付近に開設され、1911年（明治44年）に現在地へ移転しました。 その後、旧田母沢御用邸の一部や近接地が加えられ、現在の面積106,980m²（32,361坪）になりました。

園内には、日本の高山ならびに温帯から亜寒帯に生育する種、およびそれらに関係の深い外国産の種が集められています。 自生のものも含めると、シダ植物約130種、裸子植物約70種、被子植物約2,000種（双子葉類約1,750種，単子葉類約250種）が生育しています。 木本では、特に、日本の温帯に種類の多いサクラ属、ツツジ属、カエデ属の植物が多数集められています。 草本は、林内や林縁に植え込まれていますが、特殊な生育環境を必要とする種は、ロックガーデン（高山植物園）、ボッグガーデン（湿原植物園）にて栽培されています。