Thực vật thời tiền sử bao gồm rêu, cỏ đuôi ngựa và dương xỉ từ thời đại Cổ sinh và cây bách hói, bạch quả, chu sa, magnolias và cọ từ thời đại Mesozoi. Cỏ đuôi ngựa và dương xỉ được coi là những loài thực vật trên cạn đầu tiên. Các nhà khoa học tin rằng bào tử của chúng đã tạo ra cây mới và dẫn đường cho cây hạt trần. Thực vật có hoa là loài xuất hiện cuối cùng và hiện là loài phổ biến nhất trên hành tinh.
Các nhà khoa học và khảo cổ học đã có thể nghiên cứu các hóa thạch thực vật bị bỏ lại khi các phần của thực vật, chẳng hạn như thân, lá, rễ, bào tử, hạt hoặc trái cây, bị mắc kẹt trong tro núi lửa, đất sét, bùn hoặc cát. Quá trình thoát hơi nước này đã bảo tồn thực vật và bảo vệ chúng khỏi một số yếu tố mà thông thường có thể khiến tàn tích của chúng bị phân hủy theo thời gian.
Thực vật xuất hiện trên Trái đất sớm hơn nhiều so với động vật. Các nhà khoa học tin rằng sự hiện diện của thực vật chính là nguyên nhân tạo nên sự tồn tại của động vật trong các thời đại tiền sử sau này. Thực vật giải phóng ôxy quan trọng vào khí quyển như một sản phẩm phụ của quá trình quang hợp của chúng, và biểu hiện này đã chuẩn bị một môi trường thích hợp cho động vật phát triển và sinh sôi. Thực vật đóng vai trò là nguồn thức ăn cho hầu hết các loài động vật trong những thời đại đầu tiên và chúng tiếp tục tạo nền tảng cho chuỗi thức ăn trong thời kỳ hiện đại.
