地球上の生物は、およそ40億年前に生きていたと推定されるたった一つの祖先から、時間の流れの上に遺伝情報の樹(系統樹)を作りつつ進化してきたと言われる。

生命の起源から進化の場であった海洋と比べ、陸上は、紫外線が降り注ぎ、乾燥が水分を奪う厳しい条件である一方、海洋の大部分で不足している栄養塩類が土壌に含まれていた。現在の緑藻類に含まれる生物の一部が陸上に進出したのは約5億年前とされる。細胞が立体的に組み合わさった多細胞体と表面を覆うクチクラを獲得して、陸上を主な舞台として進化を続け、陸上植物と呼ばれるグループが生まれた。

現在まで生き残り、繁栄している陸上植物は、日常生活の上で4つのグループに分けられている。

以上はわりと目に止まりやすい違いだが、他にも多数の区別点がある。また、コケ植物・シダ植物・裸子植物はさらに複数のグループに細分することができ、グループ間の違いが結構大きい。グループ間の系統関係は、遺伝子の塩基配列から推定されている。

現在は生きていないが化石で見つかっている植物の中には、シダとコケの中間のようなもの、シダと裸子植物の中間のようなものなど、さまざまなグループがある。

コケ植物は地表や他の植物に着生しており、生活のあり方は、菌類と単細胞藻類(緑藻かシアノバクテリア)の共生体である地衣[lichen]と似ている。コケ植物は、セン類(蘚類)[moss]・タイ類(苔類)[liverwort]・ツノゴケ類[hornwort]の3つに分けられる。維管束植物の共通祖先は、ツノゴケ類と最も近いという説が有力だ。

シダ植物・裸子植物・被子植物は維管束を持ち、おそらくこのために、コケよりはるかに大きく高い植物体を作ることができる。現在の地球上では裸子植物・被子植物の巨樹を見ることができる。

シダ植物の多くは地下茎から葉を広げる低い植物だが、熱帯・亜熱帯地域ではヤシのような姿の木性シダが見られ、古生代石炭期にはリンボクなどのシダ植物が巨大な森林を作っていた。

陸上植物の出現によって陸上は緑に覆われた。維管束を獲得した植物は、湿潤なところでは森林、乾燥したところでは草原など、さまざまな生態系をつくり、水中の生態系をはるかにしのぐ量の生物を支えている。単位面積あたりの生物量は森林＞草原＞水界の順で、森林では熱帯雨林が最も高く、気候が寒冷に近づくほど低くなる。草原の中では湿地が寒地林に近い生物量を持ち、樹木が混じる疎林・サバンナが続く。ただし、光合成産物の生産速度では、サンゴ礁・河口が熱帯雨林や湿地と同じくらいになる。水界の大部分を占める外洋は、栄養塩類が欠乏していて、生物量も生産量も低い値にとどまる。

生物の個体重あたりの生産量は、水界＞草原＞森林の順になる。森林は生物量の4%を生産するが、草原は森林の数倍〜数十倍(生物量の10〜33%、耕地は65%)、水界は数十倍(藻場・サンゴ礁・河口―生物量の1〜1.8倍)〜数千倍(外洋など―25〜42倍)にのぼる。外洋などのように、光合成がおもに単細胞の藻類によるところでは、1gの光合成生物が1年に数十gを生産する。この違いの一部は体重に占めるクロロフィルの比率で説明できる。

陸上植物の進化と森林の出現は、地球の光合成生産のあり方に大きな変化をもたらした。地球表面の3割にあたる陸地が、生物量のほとんどを支え、光合成生産の2/3を担うようになった。

単細胞生物は風や水に流されるだけではなく、鞭毛[flagellum]を動かすこと(鞭毛運動)や細胞自身が収縮すること(アメーバ運動)によって移動する。多細胞生物の一歩手前である群体までは、単細胞生物と同じような方法を使っている(ボルボックス―鞭毛運動、粘菌―アメーバ運動)。しかし、多細胞生物になると、細胞一つ一つの運動では生物体全体の運動につながらなくなる。多細胞動物では、神経系と筋肉を発達させることで多数の細胞の動きを集中的にコントロールし、すばやい移動を可能にした。

藻類の中には、最初に現れた多細胞植物は、同じ方法をとらず(あるいは、とることができず)、多細胞体の一部を水底などに固定することで固着生活を送るようになった。そのかわり、有性生殖のため単細胞(卵・精子・受精卵・胞子)になるときに鞭毛運動で移動するようになった。

陸上植物では、胞子(大胞子と小胞子があるときは小胞子の方)を丈夫な殻で覆うことにより、空中を飛散させるようになった。このことによって移動距離はぐっと大きくなったと想像される。ただし、シダ・コケの場合、受精のときは、精子が、雨や地表水の中を鞭毛移動する。

種子植物では、精子の代わりに雄性配偶体が花粉管を伸ばして精細胞を卵のそばまで運ぶようになり、受精に水が必要なくなった。イチョウとソテツでは、花粉管が最後の最後で精子を出すが、精子が移動するための水分は雌性配偶体が分泌している。脊椎動物でも、同じように、受精が水中で行われる魚類に対し、体内受精を行う爬虫類・鳥類・哺乳類の方が、水に束縛されない生活をしている(両生類には体外受精を行うものと体内受精を行うものとがある)。

種子植物では、受精卵から発達した幼い胞子体=胚も硬い殻で覆われるようになった(種子)。これも、爬虫類・鳥類・原始的な哺乳類で胚が炭酸カルシウムの殻で覆われているのとよく似ている。このことにより、種子植物では、種子も移動手段としてはたらくようになった。

花粉と種子の進化は、水に束縛されない生活だけでなく、移動に動物を使う可能性をもたらした。この可能性を最大限に利用しているのが、被子植物である。

被子植物は、以下のような独特の特徴を持つ。

1. 花[flower]＝茎の先端に雌しべ・雄しべ・花被片(花びら・萼片など)が一定の配列で密集した有性生殖器官をつくる
2. 種子のもとになる胚珠[ovule]は、雌しべに内蔵されている。花粉は雌しべの先端の特定の部分(柱頭)に付着し、花粉管は雌しべの組織を通って胚珠に到達する
3. 精細胞と卵細胞が受精するときに、もう1個の精細胞(1個の花粉粒は、2個の精細胞を持つ)も卵細胞の奧にある中央細胞と受精する(重複受精)
4. 受精した胚珠が種子に変化するのと並行して、雌しべは種子を包む果実[fruit]へと変化する
5. 導管を持つ
   

これらの特徴は、被子植物を他のグループからはっきりと区別し、さらに、被子植物がたった一つの共通祖先から進化したグループ(単系統群[monophyletic group])である疑いない証拠とされてきた。一方、あまりに独自性が高いために、現生の裸子植物にも、他の化石種子植物にも結びつけるのが難しく、被子植物がどのような祖先型から起源したかは大きな謎となっている。

他の陸上植物の出現が3億年前以前にさかのぼるのに対して、被子植物の出現は飛び抜けて新しく、1億3千万年前から1億年前にかけて急にさまざまな化石が現れ、新生代(6千万年前)に入ると裸子植物をしのぎ、地球上でもっとも繁栄している生物群の一つとなった。IUCN(国際自然保護連合)が2009年にまとめた統計によると、既知の生物種174万種のうち被子植物は28万種(16.2%)を占め、昆虫(約100万種・57.5%)に次ぐ。コケ植物・シダ植物・裸子植物を合わせても2万9千種で被子植物の1割に過ぎない。

陸上における光合成生産の主役となった被子植物は、おびただしい量の植食者[hervivor]と分解者の生活を支えてきたが、被子植物の方でも、さまざまな食害防御や食害回避のしくみが進化した。植食者の中には花食者(花粉食者を含む)が含まれていたと思われるが、生殖器官がコンパクトにまとまっていて、胚珠が保護されている被子植物の花では、進化の初期に、花食者(花粉食者を含む)から送粉者(ポリネーター)へ、風媒花から動物媒花への移行が起こった。「動物媒花と送粉者」という相利関係は、被子植物が動物(特に昆虫)の進化を促し、動物(特に昆虫)が被子植物の進化を促すことで、両者がからみあいながら多様化する共進化の出発点となった。