Ботанічний сад імені А. Фоміна був заснований в 1839 році як науково-дослідна база Київського університету.

Був закладений в 1839 році на пустирі, в глибоких ярах іна пагорбах недалеко від Київського університету. Площа саду 22,5 га. 

Структура ботанічного саду складається з чотирьох наукових секторів: дендрології, інтродукції трав'янистих рослин, інтродукції тропічних і субтропічних рослин,фізіології і біохімії растений-интродуцентов і восьми наукових відділів, що проводять дослідження в області інтродукції і акліматизації рослин, що займаються питаннями охорони, збагачення і раціонального використання рослинних ресурсів, ландшафтної архітектури, захисту рослина від хвороба і шкідник і т. д. У структуру саду входить також насінна лабораторія.

Питання про створення ботанічного саду було підняте щев 1834 році архітектором В. И. Беретти, за проектом якого зводився Київський університет св. Владимира. Він запропонував розмістити сад на пустинній території, розташованій у корпусу університету. Для цього з Кременецкого ліцею в Київ були привезені 513 рослини, яка тимчасово розмістила в Царському (нині Міському) саду. Проте через відсутність засобів закладка саду була відкладена на п'ять років. Лише у 1839 році Київський учбовий округ дав дозвіл на закладку тимчасового ботанічного саду під керівництвом завідувача кафедрою ботаніки Київського університету Р. Э. Траутфеттера, який очолив керівництво ботанічним садом на посаді директора.

Офіційною датою заснування Київського ботанічного саду вважається 22 травня 1839 року, коли Р. Э. Траутфеттер почав робити перші посадки рослин.
У 1841 році сад отримує постійний статус. За планом архітектора Лауфера споруджується оранжерейний комплекс, розбиваються тераси, які збереглися до наших днів.

У 1850 році планування і розбиття саду були завершені.До 1852 року сад налічує вже 25 416 дерев і 419 видів кущів, а також більше 4000 видів інших рослин.

З 1852 по 1879 директором ботанічного саду бувпрофесор університету А. С. Рогович.

З 1879 по 1894 садом управляв видатний дослідник флори, професор ботаніки Київського університету 

И. Ф.Шмальгаузен.

Упродовж двадцяти років з 1894 року по 1914 директором Ботанічного саду був Сергій Гаврилович Навашин. З ним пов'язані видатні відкриття в області цитоэмбирологии рослин, що принесли всесвітню славу саду і Київському університету.

З 1914 року по 1935 директором Ботанічного саду бувОлександр Васильович Фомін (1867-1935). На долю Фоміна і його співробітників в роки Першою світовою і Цивільною воєн випали тяжкі випробування. Проте їм вдалося не лише зберегти крихкі тропічні рослини зачасів пануючої розрухи, але і побудувати три нові теплиці, відремонтувати оранжерею. Заснована в 1922 році Фоміним кафедра ботаніки при ботсаду, в 1927 році була реорганізована в Науково-дослідний інститут ботаніки(нині Інститут ботаніки імені Н. Г. Холодного). У 1935 році, після смерті Фоміна, сад був названий в його честь.

З 1941 по 1943 рік під час фашистської окупації загинула безліч цінних рослин з колекції. Деякі рослини були вивезені в Німеччину. Проте вже навесні 1944 року садбув відкритий для відвідувачів, почалося відновлення оранжерей і колекцій рослин саду. 

У 1960 році сад був проголошений пам'ятником садово-паркового мистецтва республіканського значення.
У 1977 році була побудована оранжерея-климатрон - одна з найбільших у світі на той час.
У 2004 році був створений Музей історії ботсаду. Музей, які сам сад, є науково-просвітницьким центром, проводить екскурсії по саду, бере участь в освітній роботі біологічного факультету Київського університету.

Сьогодні колекцію саду складають більше 10 тисяч видів,форм і сортів рослин. На території саду ростуть реліктові і ендемічні рослини з різних куточків планети. У оранжереях зібрана велика кількість тропічних і субтропічних рослин, у тому числі найбільші в Україні колекції кактусів і пальм. 

Сад знаходиться в прекрасному місці в центрі Києва і є місцем відпочинку багатьох людей.