Створення Ботанічного саду при Імператорському Новоросійському університеті почалося одночасно з реорганізацією Рішельєвського ліцею, і перші 70 видів рослин, що були придбані у 1867 р., зберігалися у приватній теплиці під наглядом персоналу кафедри ботаніки.

У 1867 р. завдяки завідувачу кафедри ботаніки Л.С. Ценковському університет передав ліцейську лазню та університетський двір для організації ботанічного саду, а згодом, на виділені університетом кошти, була побудована невелика оранжерея та теплиця. Трохи пізніше, на цій же території, було створено колекцію рослин відкритого ґрунту, яка безперервно поповнювалась.

У 1880 році територія була повністю заповнена і розширення колекції стало неможливим. Рішенням адміністрації університету ботанічний сад було переведено, за допомогою кафедри ботаніки Л. В. Рейнгарда, на університетський хутір у район Малого Фонтану (Французький бульвар, 87). На території саду було збудовано оранжерею та організовано ділянку «Система рослин».

У 1885 році ботанічний сад очолив проф. Л. А. Рішаві, який змінив систему клумб без будь-якого систематичного плану, а також було збудовано приміщення для персоналу. Пізніше було проведено перевірку ботанічного саду Міністерством освіти та комісією університету. Роботу з керівництва саду визнали незадовільною та управління садом передали проф. Ф.М. Камінському в 1895 р. Для поліпшення роботи саду було намічено вирішення наступних завдань: – Проблема кадрів; – систематизація та поповнення колекційного фонду; – Розширення співпраці з ботанічними садами світу; – Реорганізація експозиції саду. На жаль, ініціативу професора Камінського не підтримало керівництво університету, і знову постало питання про закриття ботанічного саду на Малому Фонтані. Проте, детально ознайомившись із роботою саду, комісія зробила висновок про те, що єдиний у степовій частині південного узбережжя Чорного моря, а також у великому морському місті ботанічний сад необхідний і не підлягає закриттю. Також комісія визнала необхідність розширення саду та організації у його структурі лабораторії, бібліотеки та гербарію.

З 1912 по 1915 рік посаду завідувача виконував професор анатомії та фізіології П.П. Половцов. Наступні п’ять років роботою саду керував професор Б.Б. Гриневецький.

У 1920 році університет реорганізували в три окремі вищі навчальні заклади і ботанічний сад залишився поза цими установами. Такі зміни, а також часта зміна керівництва, негативно позначилися на стані ботанічного саду.

У 1923 році  керівником Ботанічного саду був призначений Д.О. Свіренко. Завдяки його таланту організатора, вже у 1924 році було отримано субсидію, і Ботанічний сад отримав статус науково-дослідної та культурно-освітньої установи. На базі Ботанічного саду проводилися наукові роботи, відновилася робота розплідника та насіннєвої лабораторії, відновилися екскурсії та були відновлені зв’язки з ботанічними садами всього світу. Так, поступово, ботанічний сад перетворювався на науково-дослідний заклад та формувався колектив дослідників, до якого залучалися студенти та аспіранти – майбутні наукові співробітники.

1928 року ботанічний сад очолив академік В.І. Липський, який віддав ботанічному саду останні роки свого життя. Він провів величезну роботу з упорядкування колекційного фонду живих рослин саду, влаштування гербарію, бібліотеки, хімічної лабораторії та музею. Проводилось систематичне вивчення рослинних ресурсів південно-західної частини України та Одеської області. Було розпочато роботу з вивчення водоростей Чорного моря, в результаті якої було збудовано йодний завод на Пересипу (згодом завод із виробництва агар-агару). Також збільшилася екскурсійна відвідуваність ботанічного саду. Стрімкий розвиток та розширення саду вимагало більшої земельної площі, тому в 1930 році було досягнуто домовленості з міською владою про передачу ботанічному саду дачі Маразлі на Французькому бульварі, 85. Цього ж року сад набув статусу наукової установи республіканського значення. Зусиллями всього колективу нова територія саду набувала бездоганного вигляду. Однак, у 1932 році територія саду, що знаходилася на ділянці дачі Маразлі, була передана до Центральної Медичної Комісії.

1933 року сад увійшов до складу науково-дослідних установ ОДУ ім. Мечникова та закріплений за кафедрою ботаніки. В.І. Липський залишив посаду директора та продовжив роботу як консультант, а директором був призначений І.О. Власенко. Територія саду була заново розпланована, оранжереї, теплиці та парники було відремонтовано. У цей час ботанічний сад провів ряд великих науково-дослідних робіт.

В 1939 році директором був призначений Г. І. Потапенко, на якого була покладена величезна відповідальність за збереження колекційного фонду під час Другої Світової війни. У повоєнні роки сад вимагав негайного відновлення, так як був майже повністю знищений.

У 1948 році для розширення площі університетському саду була передана територія за адресою Французький бульвар, 48/50. З того часу садок розміщується на двох територіях. На той час директором було призначено доцента Н.З. Жаренко, а згодом – професор Є.М. Кіркопуло. Внаслідок його наукової діяльності культура персика міцно увійшла до сільськогосподарського виробництва південно-західних областей України.

У 1963 році Ботанічному саду надано статус парку-пам’ятки садово-паркового мистецтва. Наполеглива робота колективу сприяла розвитку саду як навчально-допоміжної, так і наукової установи.

Сьогодні Ботанічний сад загальнодержавного значення ім. академіка В. І. Липського Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова є базою підготовки студентів біологічного спрямування для низки вищих навчальних закладів Одеси, Херсона та Миколаєва. Також на двох територіях саду підтримується колекційний фонд рослин, який постійно розвивається та забезпечує навчальний процес. Щорічно сад відвідує до 10 000 екскурсантів, серед яких найбільше школярів. В даний час рослини, вирощені у саду, прикрашають одеські вулиці, сквери та парки.