在中國科學院知識創新工程試點工作的激勵下，我園全體職工群策群力，團結一心，努力推進園綜合體制改革。2002年5月，研究所正式列入中科院知識創新工程試點二期，這為研究所（園）的創新跨越式發展帶來了前所未有的契機。 

　　2003年10月16日，根據中國科學院“三園兩所”戰略部署，中國科學院科發人字（2003）287號文，中國科學院武漢植物研究所正式易名為中國科學院武漢植物園。 

　　2006年4月，武漢植物園再次被列入中科院知識創新工程試點三期。進入知識創新工程以來，我園按照國家植物園創新體系建設目標與宗旨，面向國家戰略植物資源儲備、內陸湖泊水生態系統健康、大型水利工程生態安全的戰略需求，確定了4個主要學科領域：植物保育遺傳學與遺傳資源的可持續利用、水生植物生物學與內陸水環境健康、流域生態學與大型水利工程生態安全、資源植物學與經濟植物產業化。 

　　經過幾年的努力，我園科研基礎設施條件顯著改善，科技創新能力與產出質量大幅度提升，對外科技競爭力與持續發展能力顯著提高，在國際國內的地位顯著提升，機制、體制改革與管理創新取得了顯著成效。2005年我園成為中國科學院植物園工作委員會依托單位；2006年8月發起成立了“東亞植物園網絡”并成為首任總協調員單位；2007年成功舉辦第三屆世界植物園大會； 2008年先后獲批中國科學院水生植物與流域生態重點實驗室、濕地演化與生態恢復湖北省重點實驗室；2009年獲批中國科學院植物種質創新與特色農業重點實驗室、三峽辦三峽庫區消落區生態環境監測重點站，并成為中國科學院綠色農業技術集成與發展中心果蔬花卉分中心的依托單位。 

　　2010年是“十二五”的開局之年，武漢植物園進一步凝練目標，明確了“一二五”戰略重點和保障“一二五”順利實施的重大改革舉措，確定了“水生經濟植物蓮種質創新”、“大型水庫生態屏障建設關鍵技術集成與示范”等兩個重大創新突破，以及“川東-鄂西植物多樣性形成及維持機制”、“水生植物與內陸水環境健康”、“流域生態學與大型工程生態安全”、“特色農業資源植物種質創制”、“植物引種與資源評價”等五個重點培育方向。 

　　2011年將原有的1個科研中心建設為3個研究中心，即資源植物研究中心、水生植物研究中心、流域生態研究中心。2015年結合創新發展的需要，新增了生物多樣性研究中心。 

　　2014年中國科學院啟動“率先行動”計劃，武漢植物園按照院統一部署，啟動了特色研究所及十三五發展規劃，明確了“一三五”科技創新重點，即“縣域特色生態農業模式研發與示范”、“丹江口庫區高效生態農業及水環境保護”、“東非植物資源開發與半干旱區現代農業示范”等三個重大突破；以及“第四紀冰川古老孑遺植物區系構建與進化機制”、“水生植物適應性進化與生態系統建構功能”、“流域生態過程及其調控機理”、“特色農業植物重要經濟性狀分子調控和新品種創制”和“植物資源引種馴化與綜合保育”等五個重點培育方向。 

　　伴隨著一系列的科技創新舉措，武漢植物園迎來了跨越式發展。2010年獲批國家獼猴桃種質資源圃，成為中科院首個國家級種質資源圃，并于2013年獲批“湖北省獼猴桃工程技術研究中心”；2012年，在中科院、湖北省、武漢市共同支持下，我園啟動了光谷生物多樣性保護區的建設，不僅有效拓展了武漢植物園的發展空間，同時也為武漢植物園創新發展戰略的實施提供了更廣闊的平臺；2013年5月，中科院批準成立境外科教機構“中國科學院中-非聯合研究中心”，以我園為依托單位設立管理及協調機構，“中-非聯合研究中心”的獲批使武漢植物園在實施“走出去”戰略上邁出了堅實的一步，有效地提升了我園的國際影響力。  

　　六十年風雨砥礪前行，武漢植物園經過一個甲子的成長，已發展成一個集科學研究、物種保育、科普開放為一體的綜合性國家植物園。六十載的拼搏奮斗，凝結著每一位武漢植物園人的喜悅與汗水，一路走來，武漢植物園已成為中國植物學與生態學研究的中堅力量。