Unter Pflanzenzüchtung wird die bewusst herbeigeführte genetische Verbesserung der Eigenschaften und Erträge von Pflanzen verstanden. Als klassische Methode gilt die Kreuzungszüchtung, die der mährische Mönch und Forscher Johann Gregor Mendel (1822-1884) in seinen langjährigen Erbsenversuchen angewendet und dabei entdeckt hat, dass Merkmale mit bestimmter Regelmässigkeit an die Nachkommen weitervererbt werden. Eine gezielte Pflanzenzüchtung im wissenschaftlichen Rahmen erfolgt in einem mehrstufigen Prozess, der bei der Auswahl des geeigneten Ausgangsmaterials (sogenannte Elternteile) mit den erwünschten Eigenschaften beginnt und über Kreuzungen und erneute Selektion der Nachkommen zur Vermehrung der geeigneten Sorte führt. Je nach Pflanzengattung und Vermehrungsart (Selbst-, Fremdbefruchter, vegetative Fortpflanzung) erfordern diese Arbeiten zwischen 7 bis 15 Jahre. Mit Hilfe von neueren, schnelleren Methoden der Vermehrung (Klonen) und Selektion (In-vitro-Test) ist die Pflanzenzüchtung stark beschleunigt worden. Zuchttechniken (Mutantenzüchtung, Inzucht-Heterosis-Züchtung, Transfer von Genen u.a.) bergen mitunter Risiken in sich, wie etwa die mögliche Auskreuzung neu eingebrachter Gene durch Pollenflug auf verwandte Wild- und Kulturpflanzen. In der Schweiz wird gegenwärtig an den landwirtschaftlichen Forschungsanstalten Agroscope Changins-Wädenswil (Getreide, Soja, Reben, Obst, Gemüse, Beeren und Medizinalpflanzen) und Reckenholz-Tänikon (Futterpflanzen) sowie im Forschungsinstitut für biologischen Landbau in Frick (Saatgut) Pflanzenzüchtung betrieben. Um die Erhaltung der gefährdeten Kulturpflanzen (Garten-, Ackerpflanzen, Obstsorten) bemüht sich die 1982 in St. Gallen gegründete Stiftung Pro Specie Rara.
Viel älter als die wissenschaftlich fundierte Pflanzenzüchtung ist die Auslesezüchtung, bei der Samen von Pflanzen mit erwünschten Merkmalen bevorzugt weiter gepflanzt wurden. Nach der letzten Eiszeit ab etwa 10'000 v.Chr. begannen Menschen mit der Domestizierung ausgewählter Wildpflanzen, nahmen diese in Kultur und passten sie mit der Zeit ihren spezifischen Bedürfnissen an. Im Nahen Osten entstanden so die ersten Kulturformen von Weizen (Einkorn, Emmer, Nacktweizen), Gerste, Erbse, Linse und Flachs. Von dort gelangten die Kulturpflanzen in den Nordwesten. Im schweizerischen Raum fanden ackerbaulich genutzte Getreide, Hülsenfrüchte, Flachs und Mohn ab etwa 4700 v.Chr. grössere Verbreitung (Ackerbau, Getreidebau).
Die neolithischen Bauern verbesserten die natürliche Bedingungen für die Kulturpflanzen durch Be- und Entwässern, Bodenbearbeitung, Entfernen bzw. Fernhalten von tierischen und pflanzlichen Schädlingen sowie durch Düngung. Indem das Saatgut gereinigt und Einzelpflanzen mit längeren Ähren oder Hülsen, mit grösseren Früchten bzw. Samen ausgelesen, wieder gepflanzt und bewusst vermehrt wurden, konnten die Erträge vieler Kulturpflanzen im Verlauf der Jahrtausende verbessert werden. Zufällige, in der Natur äusserst seltene Mutationen (Veränderungen der Erbsubstanz) an Wild- wie Kulturpflanzen, erkennbar durch Abwandlung physiologischer oder morphologischer Merkmale, bildeten die Grundlage für die Pflanzenzüchtung. Bauern haben solche Änderungen bemerkt, die Pflanze ausgewählt und die Samen für die erneute Aussaat verwendet. Natürliche Verbreitungsmechanismen von Wildpflanzen, wie etwa das automatische Öffnen der Hülsen oder der Bruch der Ährenspindel, konnten auf diese Weise weggezüchtet und Ernteverluste vermindert werden.
Im Weinbau und Obstbau hat der Züchtungsbegriff eine längere Tradition (Baumzucht). Die wichtigsten Fortpflanzungs- und Veredelungsmethoden wie Einlegen (Gruben), Pfropfen, Impfen oder Zweien waren durch die Römer auch nördlich der Alpen bekannt geworden. Bei vielen Kulturobstarten müssen zur Vermehrung Edelreiser auf eine Unterlage (Wildlinge, Sämlinge) gepfropft werden. Insbesondere über die Klöster fand seit dem Frühmittelalter ein länderübergreifender Austausch von Samen, Zwiebeln, Wurzelschösslingen und ganzen Pflanzen statt. Erfolgreiche Obstarten wie die Weinrebe und gewisse Apfel-, Birnen- und Kirschensorten verbreiteten sich auf diese Art. Im Spätmittelalter wurden die idealen Früchte (Äpfel, Birnen) nach Lagerfähigkeit, Grösse, Wohlgeruch, Geschmack, Farbe und Schönheit beurteilt, was heutigen Zuchtzielen nur noch teilweise entspricht. Auf die Sortenwahl wirkten sich ab dem 19. Jahrhundert zunehmend die wechselnden Anforderungen des Handels und der Märkte (z.B. Frühreife) aus.