Возникновение научного гербария в ботаническом саду связано с возрождением и интенсивным развитием Сада в 90-е гг. XX в. В этот период сотрудниками Сада были возобновлены активные экспедиционные исследования в Тверской и сопредельных областях. В ходе экспедиций была собрана большая гербарная коллекция, которая и послужила основой для создания фондов сосудистых растений. С 1994 года начато систематическое изучение бриофлоры Тверской области, собранные в ходе бриофлористических работ материалы явились основой мохового гербария. Сборы растений, проходящих интродукционное испытание на территории ботанического сада, явились базой для создания гербария интродуцентов.   

В 1997 году в структуре ботанического сада в качестве самостоятельной структурной единицы был выделен сектор “Научный гербарий” (ныне - “Гербарий”). Началась инсерация и оформление коллекции. В последующие годы в результате расширения экспедиционных исследований, пополнения коллекций интродуцентов фонды гербария значительно выросли. В фондах “Гербария” представлены сборы из Тверской, Смоленской, Владимирской, Псковской, Ленинградской и Московской областей. Основной акцент при формировании коллекции сделан на редкие и интересные виды природной флоры, виды уникальных природных комплексов и адвентивные растения Тверской области. Гербарий сосудистых растений природной флоры представлен коллекциями А.П. Хохрякова, А.А. Нотова, Н.В. Шубинской. Основу коллекции адвентивных растений Тверской области составляют сборы А.А. Нотова, Н.Р. Маркеловой. Гербарий флоры усадебных парков Тверской области собран А.А. Нотовым, О.М. Волковой. Бриологическая коллекция представлена сборами А.А. Нотова, У.Н. Спириной.

В 2003 г. Гербарий Ботанического сада зарегистрирован в Index Herbariorum с присвоением акронима TVBG.
Фонды гербария насчитывают свыше 12000 образцов сосудистых растений и около 3000 образцов мохообразных и являются базой для научно-исследовательских работ по изучению биоразнообразия и интродукции растений в Тверской области.
Начат сбор гербарной коллекции миксомицетов (Myxomycetes).