Из-за отсутствия помещения и штата научных сотрудников с 1919 по 1930 гг. обучение по ботанике и физиологии растений проводилось на базе кафедры ботаники Казанского университета, которой заведовал в то время профессор А.Я.Гордягин. В 1930 году в сельскохозяйственном институте были созданы две самостоятельные кафедры: ботаники, которой по представлению профессора А.Я.Гордягина стал заведовать его ученик М.В.Марков, и физиологии растений и микробиологии, которой заведовал профессор А.П.Пономарев, а с 1937 года - профессор А.М.Алексеев. В 1939 году доцент М.В.Марков защитил докторскую диссертацию и был утвержден профессором, в 1947 году избран заведующим кафедрой геоботаники Казанского университета. С этого времени по 1950 года кафедрой ботаники Казанского СХИ заведовала доцент С.А.Маркова.
В 1950 году кафедру ботаники объединили с кафедрой физиологии растений (заведующая - доцент П.Г.Буйнова). В 1955 году к кафедре ботаники и физиологии растений был присоединен курс защиты растений. С этого времени кафедрой заведовал доцент К.И.Попов. Под его руководством в 1962 году аспирантом Ю.С.Карпиловым была выполнена диссертация, в которой содержалось открытие С4-фотосинтеза у растений тропического происхождения.
С 1963 года кафедрой ботаники и физиологии растений заведовал профессор С.Г.Еникеев. В том же году на кафедру пришли доцент Ф.Д.Самуилов, который в 1969 году защитил диссертацию, и ему была присуждена ученая степень доктора биологических наук. В 1970 г. кафедра разделяется на две самостоятельные кафедры: ботаники и защиты растений (которой заведует профессор Ф.Д.Самуилов), физиологии растений и селекции (ею заведует профессор С.Г.Еникеев). В начале 1978 года к кафедре ботаники и защиты растений вновь присоединили кафедру физиологии растений и селекции создали кафедру ботаники и физиологии растений. Заведующим стал профессор Ф.Д. Самуилов.
С 1998 года кафедрой заведует доктор биологических наук, профессор В.М.Пахомова. Исследования были начаты ею в Институте биологии КФ АН СССР, в лаборатории дыхания растений под руководством доктора биологических наук, профессора Л.X. Гордона и в лаборатории эндогенных регуляторов, которой заведовал академик РАН И.А.Тарчевский.
В 2004 году после защиты докторской диссертации доцентом Р.И. Сафиным кафедра была разделена на две: кафедру ботаники и физиологии растений и кафедру защиты растений и селекции.