国家植物博物馆核心区位于昆明市盘龙区茨坝片区，是昆明市北部的自然科普基地。在昆明“大三山一水”的城市山水格局中，国家植物博物馆位于历史主轴之上，对于强化城市的历史脉络具有十分关键的意义。用地范围为28.55ha，位于在中科院昆明植物园、云南省林业和草原科学院昆明树木园和昆明市黑龙潭公园三园中间。现状场地总体北高南低，总体呈两山一脉，多谷汇聚的景观格局，植被类型以亚热带常绿阔叶林为主。
博物馆总建筑面积为59900平米，其中地上49020平米，地下10880平米。建筑层数为1-2层，单层温室最高点为31.8m,多层部分最高点不超过24m。博物馆的行政办公、业务、科研等辅助空间依山就势，镶嵌在地形之中。上方形成连续的平台，平台联系了公共空间、展厅、报告厅、科普、温室等主体空间，各空间均有独立的出入口。文创和餐饮休闲空间点缀其中，点亮城市生活。从植物主题中自然生发的木结构建造逻辑，构建起室内外交融的空间。晶莹剔透的网壳屋顶仿佛一朵“水绒花”绽开在山水之间。建筑与整体自然环境深度融合，同时在第五立面上富有标志性。