植物館建筑面積約10,000平方米，建筑設計理念為“升起的地平”，建筑表面機理以植物根系為靈感，龐大的垂墜根系向下不斷蔓延，將植物原本隱藏于地下的強大生命力直觀呈現給參觀者，不僅產生強烈的視覺沖擊，更帶領參觀者踏上一場以感受植物根系力量為起點的奇妙植物世界之旅。

　　植物館建筑分為三層，一層設有熱帶植物溫室，占地約3000平方米，匯聚600多種珍貴植物。通過紅樹林、熱帶雨林、蕨類、棕櫚、多漿植物、食蟲植物、苔蘚等展現植物王國的多樣性以及植物生存和適應環境的智慧，設有5大展區12個景點。人工紅樹林，再現紅樹林適應海潮漲落演化出的胎生、支柱根、泌鹽等特征，彰顯海岸衛士的生態功能；熱帶雨林著力展現植物與植物、植物與動物之間競爭、協同的關系，如空中花園、獨木成林、老莖生花、滴水葉尖、巨葉現象、絞殺現象等；棕櫚科植物和蕨類植物展示其卓越的傳播繁衍智慧；多漿植物通過莖葉的變態進化出適應干旱環境的能力；食蟲植物靠食肉來攝取營養；植物王國的小矮人苔蘚如何找到適合自己的生存空間。展館通過一系列高科技創意手法，向參觀者充分展示“植物的智慧”，呼喚人類保護植物，關愛地球，關注人類的未來。

　　建筑二層為綠色多功能報告廳，會期將陸續舉行紅樹林、植物科學畫等分主題展覽。從一層沿著展廳東部的垂直交通路徑向二、三層攀爬時，能夠享受到從高空俯視紅樹林植物冠部的極致美景。

　　此外，植物館屋頂設計也是一大亮點，屋頂觀景平臺設有中信植物主題咖啡書店和紀念品商店，站在這里登高遠眺，可以將媯水河、海坨山以及中國館、天田山等北京世園美景盡收眼底。