位于西安市大雁塔旁，占地面积20公顷，收集保存植物3400余种（含品种），保存国家重点保护的珍稀濒危植物32科70余种，是目前西北地区引种保存植物种类最多的植物园。
主要景点：
百卉园
该园引种栽培展示国内外名优陆地观赏花卉，建有国色天香的牡丹和姹紫嫣红的芍药两个专类园区，其中牡丹品种多达200余个，芍药130多种，另有草本花卉70余种。
木兰园
重点收集珍稀木兰科植物，展示西安植物园木兰科植物研究成果。共收集玉兰亚属植物43种，马褂木属植物3种，含笑属植物3种，定植有12个本园自育木兰新品种。地面配置芳香地被植物25种，有效的驱除了蚊虫。
芳香植物区
引种保存秦巴山区及国内外重要芳香植物种质资源，收集了大量丁香属、桂花属、蔷薇属等芳香植物，区内按种类分小区集中栽植，薰衣草、桃叶香草、薄荷、罗勒等草本芳香植物点缀其间，区域内空气清新香气扑鼻。
植物分类区
按照哈钦松分类系统排序，展示植物进化和演替的途径，是学生实习、普及植物知识的良好园地。引种各类植物1000余种，同时收集保存国家重点保护的稀有濒危植物和我省的保护植物。
生物能源与油料区
以国内外木本生物能源与油料植物为收集对象，定植有翅果油树、黄连木、油橄榄、枫杨、美国山核桃、虎榛子、文冠果等128种。建有古亭、假山，地形高低起伏，树木成荫，配置的碧桃、榆叶梅、毛樱桃繁花似锦万紫千红。
翠华园
始建于1990年，日本式园林风格。憩亭、白塔、石灯与水体共同营造出和谐、静谧、美妙的独立空间。翠竹青秀、溪水潺缓，硅化木化石凝重朴实，是您休息和感悟自然的好去处。
热带亚热带植物温室
两座占地面积各千余平方米的热带、亚热带植物展览温室，是西安植物园为弥补大陆性气候的不足，专门为一些怕冷的南方植物建造的家园。展览温室共分高温展览室、中温展览室及低温展览室，收集保存植物400余种。
水生植物区
本区收集水生植物100余种。按其生态习性划分为挺水、浮水、沉水植物，分区栽植。区内配置有假山、方亭、隔水以曲桥相通，夏日里荷叶田田，娇容三变、叶大如盘的王莲是水面最靓丽的“娇点”。
郁金香园
西安植物园现已成功举办了十余届郁金香花展，共展出郁金香100余个品种，还有欧洲水仙、风信子、花毛茛、观赏贝母等名花做陪衬，更加突出了郁金香高贵典雅的皇后之美，使人们领略到群芳争艳、各展神姿的景观。
本草园
收集引种陕西优势中药材、草药、国内外医药原料植物资源500余种，按照不同种类生态习性进行栽培。是西北地区收集中草药种类最多的专类园，为中医药研究、教学、实习、宣传中医药文化提供了丰富实物材料。