本着“平等互利、合作共赢”的原则，植物所先后与世界上30多个国家的50多个科研机构建立了合作关系，在植物多样性、生态环境、农业等领域都开展了高水平的国际合作，于2012年被科技部认定为“国家国际科技合作基地”。长期以来，研究所一方面深化与美国史密森研究院、英国The John Innes Centre、法国农科院、瑞士苏黎世联邦理工大学、俄罗斯科学院总植物园、澳大利亚联邦科学与工业研究组织等发达国家国际一流科研机构的长期合作交流，联合开展实质性的合作研究。另一方面，积极拓展搭建与“一带一路”沿线国家科研机构的科技创新网络，与印度尼西亚科学院生物研究中心、蒙古科学院植物研究所、尼泊尔特里布文大学、菲律宾国立大学、肯尼亚塔农业与科技大学、埃塞俄比亚Haramaya大学等签署合作协议及备忘录，推动相关领域的合作研究和人员交流，以科技支撑服务“一带一路”建设。