深圳市仙湖植物园是一个年轻的植物园。就像所有的植物园一样，仙湖植物园的主要科研活动是进行各类植物的调查、收集、分析。经过多年的努力，仙湖植物园已经建成各种规模的专类园区十七个，比较出色的有苏铁种质资源保存中心、木兰园、珍稀树木园、荫生植物区、蝶谷幽兰区、沙漠植物区等；并出版了《中国苏铁》、《深圳园林植物》、《深圳古树名木》等专著。

深圳市仙湖植物园已成为深圳市的植物学科研究基地之一，并长期为深圳市的建设和发展提供植物科学的理论和技术支持。目前该园的科研方向涵盖植物生殖生物学、系统与进化植物学、城市生态学、植物基因组学（核基因组、叶绿体基因组、转录组）等多个学科领域。相关的研究课题包括"珍稀濒特植物在城市绿地系统中的保护和推广应用"、"深圳市园林绿化树种调查与评估"、"深圳城市绿地系统绿地类型划分及其生态效益评估"等。仙湖植物园开展的科研活动已经在深圳的园林事业发展中发挥了重要作用。

深圳市仙湖植物园现有植物生物化学与分子生物学实验室、植物解剖实验室、显微镜室、植物保护实验室、植物组织与培养实验室、蕨类植物繁殖实验室、植物生理实验室、植物与环境实验室和种子生理实验室。实验室已投资人民币500余万元用于实验仪器的购置。仙湖植物园还建有保存7万余份标本的植物标本馆以及藏书1万2千册的植物专业图书馆，是深圳市目前研究植物设备较完善、科技力量较强的科研机构

深圳市仙湖植物园已成为中国植物科学研究的一个重要基地。2009年，仙湖植物园正式加入中国科学院队伍中，成为中国科学院与深圳市政府共建的植物园。同年，中国科学院系统与进化植物学国家重点实验室、深圳市仙湖植物园以及深圳华大基因研究院共同签署了建设"植物基因与生物信息重点实验室"的协议。仙湖植物园与中科院植物研究所共同主持编辑《中国高等植物》、《植物分类学报》。我园的有关专家还参与了《中国植物志》和Flora of China的部分章节的编研。