A tanszék az 1953-ban alapított Növény- és Állattani Tanszékből vált ki 1964-ben. Az 1953–1964 közötti időben a Növény- és Állattani Tanszék a biológiai alapozó tárgyakat – növénytan, növényélettan, állattan, állatbonc- és élettan, növénykórtan, állati kártevők) – oktatta. Az 1964. évi szerkezeti változásoknak köszönhetően a növénytan és növényélettan oktatása külön tanszék irányítása alá került Siroki Zoltán egyetemi docens vezetésével. Kutatómunkát növénycönológia, florisztika, entomológia és ornitológia tárgykörökben végzett. Dr. Polgár Sándor rövid vezetése alatt elsősorban florisztikai, növényföldrajzi kutatásaival erősítette a tanszéket.
1970-től a tanszék oktatási és kutatási feladatai Dr. Mándy György egyetemi tanár vezetése alatt tovább bővültek. Mándy György a Corvin-koszorús, MTA tag, Szabó Zoltán professzor (1882-1944) nevével fémjelzett botanikus-genetikus iskola kiemelkedő felkészültségű követője volt. Mándy Györgyöt az 1948-1956 közötti liszenkói időszak során kétszer méltatlanul diszkriminált a politikai hatalom. Mándy professzor az agrobotanika, a kísérleti ökológia és a növénynemesítés egymáshoz kapcsolódó területén máig is ható iskolateremtő munkásságot fejtett ki. Hazánkban a kultúrnövények fajtaalaktant és fajtarendszertant vizsgáló kutatásainak megalapítója és irányító művelője volt. Fiatal oktatóként írt jegyzetei és tankönyvei máig értékes segédanyagai a szakoktatásnak. Közreműködött Soó Rezső-Jávorka Sándor: Magyar Növényvilág kézikönyve I–II. kötetében, a haszonnövények leírásában. A rendszerváltozás után, 1990-ben posztumusz Széchenyi-díjjal tüntették ki a növénytan területén végzett kimagasló tankönyvírói tevékenységéért, és a növényi rendszertan területén bevezetett új szemléletéért, amellyel nagyban hozzájárult a sikeres hazai növénynemesítés megalapozásához.
Mándy György professzor halála (1976) után, Dr. Pethő Menyhért vette át a tanszék vezetését, aki nagy hangsúlyt fektetett az oktatás fejlesztésére. Ragaszkodott az agrármérnökök képzéséhez szükséges válogatott alap- és alkalmazott ismeretek oktatásához Az 1975–76-os tanévtől a tárgyak elnevezésében a „mezőgazdasági” előtag szerepel, hangsúlyozva a tárgyak alkalmazott jellegét, a szakirányú alapozást. Pethő Menyhért professzor fő oktatási és kutatási területe a növényélettan volt, munkásságát a Mezőgazdasági növények élettana című tankönyv és az Akadémiai Kiadónál azonos címmel, kibővített tartalommal megjelent szakkönyv fémjelzi. A tanszék munkatársai az 1984–85-ös tanévtől kezdve 2013-ig két csoportban: Növénytani munkacsoport és Növény- élettani munkacsoport végezték az oktatást és a kutatást.
Dr. Baloghné Dr. Nyakas Antónia egyetemi docens 1998-tól vezette a tanszéket, aki Mezőgazdasági növénytan alapjai című, 2005-ben megjelent egyetemi jegyzetével járult hozzá az oktatás fejlesztéséhez. A tanszék oktatási tevékenysége az „A”, „B” és „C” típusú tárgyak bevezetésével jelentősen kiszélesedett. A növénytani és növényélettani kutatómunka két csoportra oszlott Dr. Nyakas Antónia, illetve Dr. Pethő Menyhért irányításával. A Botanikus Kert átalakításával (2001) és az üvegház használatának átszervezésével (2005) megszűnt az az értékes tanszéki gyakorló terület, amelyik évtizedeken keresztül szisztematikus hátteret biztosított a növénytani diszciplína oktatásához, a gyakorlatok élő anyagának felneveléséhez és a nyári szakmai gyakorlatok egy részének kivitelezéséhez.
A Mezőgazdasági Növénytan Növényélettani Tanszék vezetésére 2005-ben Dr. Lévai László egyetemi docens kapott megbízást. Kinevezést követően tanszéket a Debreceni Egyetem új Élettani Központjában helyezték el. Az átköltözés során a tanszék közel 40 000 lapot számláló, muzeális értékű Herbárium gyűjteménye (a Dégen-féle hagyatékkal együtt) az Élettudományi Központban, a Soó Rezső Herbáriummal közös helyiségben kapott otthont. Dr. Lévai László a Növényélettani gyakorlatok (1997) egyetemi jegyzet elkészítése mellett elsősorban alkalmazott növényélettani kutatási révén újra nagy hangsúlyt fektetett a szakmai kapcsolatok megerősítésére mind a hazai mezőgazdasági vállalkozások, mind a nemzetközi kutatóintézetek terén. A Dr. Lévai László vezette tanszék eredményeit a mai napig is egyre szélesebb körben alkalmazza a gyakorlat is. Aktív tehetséggondozó munkájának köszönhetően nagymértékben megnőtt a tanszéken a különböző formában (diplomamunka, TDK, PhD) tudományos munkát végző hallgatók száma. 2012-ben a kutató és oktató állomány visszaköltözött az agrártudományi kampuszon a korszerűen felújított laboratóriumokba és kényelmes irodákba. Dr. Lévai László nyugdíjba vonulása után további jelentős változások történtek a tanszék életében. 2013-ban a tanszéket összevonták a Növényi Biotechnológiai Tanszékkel és neve Mezőgazdasági Növénytani, Növényélettani és Biotechnológiai Tanszékre módosult.
Az új egység vezetésével a korábban Franciaországban, Finnországban és Brazíliában is kutató Dr. Fári Miklós Gábor egyetemi tanárt, biotechnológust bízták meg. Az összevonást követően a két korábbi tanszéki munkacsoport a növényi biotechnológiával kiegészülve háromra módosult. 2016-ben a tanszék két nemzetközi színvonalon felszerelt biotechnológiai laboratóriummal gazdagodott. Az új felállás jó lehetőséget teremtett az innováció erősítésére, az oktatás és kutatás további nemzetköziesítésére, összhangba hozására. Fári professzor - Mándy György és a biotechnológia névadó Ereky Károly szellemi örökségét követve – nagy figyelmet fordított az alkalmazott növénybiológiai szemlélet formálására. Az oktatásban és kutatásban a molekuláris biológiai ismeretek mellett a biotechnológia is meghatározó szerepet kapott. A tanszék munkatársai nagy erőfeszítéseket tettek a kari intézetek, tanszékek, továbbá külső kutatók, tudományos csoportok és tőkeerős mezőgazdasági nagyvállalatok közötti K+F együttműködési hálózat kialakításra. 2013-tól több külföldi vendégkutató-oktató és PhD hallgató is csatlakozott a tanszékhez. Ezekből a kooperációkból több mint két tucat színvonalas nemzetközi publikáció született. Fári professzor irányításával 2017-ben megkezdődött a Magyar fehérjemalom program, amelynek tudományos megalapozását nagyrészt a tanszék munkatársaiból szervezett négy kutató csoport látja el (Proteomill GINOP program). 2018-ban kezdetét vette újabb korszerű kutatási eszközök beszerzése, továbbá egy 240 m2 felületű, 21. századi kutató üvegház építése. 2018-ban egy új biotechnológiai szabadalom benyújtása is a tanszék nevéhez fűződik.
Fári Miklós professzor úr tanszékvezetői megbízatása 65. életévének betöltésével megszűnt, így 2018. augusztusától Dr. Veres Szilvia egyetemi docens látja el a tanszékvezetői feladatokat.