Фотоархив Ботанического музея иллюстрирует развитие русской ботаники и содержит около 30 тысяч единиц хранения— фотографий и негативов. Архив возник в конце XIX в. Он пополнялся главным образом ботаниками, путешествующими как по России, так и за ее пределами. Часть фотографий была сделана самими исследователями, часть была приобретена ими в различных поездках и в дальнейшем передана в музей.

В архиве хранятся фотографии крупнейших фотографов начала века — Карла Буллы и Иосифа Оцупа, выполненные ими в 1913 г. в дни празднования 200-летия Императорского Ботанического сада.

Ценным материалом, отражающим историю Ботанического сада, являются 54 негатива и 16 цветных диапозитивов строений, оранжерей и парка фотографа А. А. Алексеева, сделанных в 1911–14 гг.

Бесценными материалами по истории России являются фотографии, сделанные в экспедициях Переселенческого управления 1905–1912 годов. В архиве хранятся фотоматериалы ботаников, возглавлявших эти экспедиции: А. Н. Криштофовича, И. М. Крашенинникова, Б. А. Федченко, С. С. Ганешина, А.Ф. Флерова, В. Н. Сукачева, В. С. Доктуровского, З. А. фон Минквиц, О. Э. фон Кнорринг. Б. А. Келлера, Б. Н. Клопотова, Н. И. Кузнецова, С. Е. Кучероской и др. Эти материалы, наряду с изображениями ландшафтов, содержат снимки городов, селений, а также фотографии этнографического характера из различных уголков России, где зачастую перечисленные ученые были единственными людьми с фотокамерой.

В последующие годы фотоархив пополнялся материалами, привезенными из экспедиций Ботанического института. Особую ценность имеют снимки, сделанные в труднодоступных местах СССР, в частности материалы Ал. А. Федорова и Ан.А. Федорова, Л.Н. Тюлиной и Л. Е. Родина.

Фотоархив подразделяется на следующие тематические разделы:

1. История развития Ботанического сада. В этом разделе отражены основные события Ботанического сада, сопровождаемые фотодокументами (стадии развития парка, строительство и открытие оранжерей, корпусов и т. д.).

2. Экспедиционная деятельность. Многочисленные "персональные" и комплексные экспедиции, проводимые сотрудниками Ботанического сада и Ботанического института, позволяют разделить этот раздел на несколько подразделов: Региональные экспедиции, Тематические экспедиции, Экспедиции различных фондов, управлений и т. д.

3. Персоналии. Этот раздел содержит архивные фотодокументы, посвященные научной, организационной и образовательной деятельности ученых БИНа.

4. Ботанический институт в годы Великой Отечественной войны.

5. Ботанические съезды, конференции, совещания, проходившие как на территории России, так и за ее пределами.

6. Ландшафтные фотографии и слайды.

7. Портреты растений.

Последние два пункта включают в себя многочисленные фотографии и слайды, присланные в дар Ботаническому музею в конце XIX — начале ХХ в. иностранными учеными или ботаническими садами.

Материалы, накопленные с 1862 г. и посвященные историческим событиям Императорского Ботанического сада, впоследствии Ботанического института Российской Академии наук, ландшафтным и этнографическим съемкам, портреты деятелей науки, личные фотоархивы ученых, представляют огромную ценность не только для Ботанического института, ботанической науки и смежных с ней отраслей, но и для истории России.