Sự tiến hóa của giới thực vật đã theo xu hướng thiết lập các loài thực vật với kiểu cách phát triển cố định và phù hợp với sự thay đổi của sự sống trên mặt đất, và thực vật hạt kín là biểu hiện cao nhất của quá trình tiến hóa này. Chúng tạo thành thảm thực vật chủ yếu trên bề mặt Trái Đất trong kỷ nguyên hiện tại. Thực vật hạt kín được tìm thấy từ hai địa cực tới xích đạo, khi mà sự sống của thực vật là có thể duy trì được. Chúng cũng rất phổ biến trong các vùng nông của các con sông và các hồ nước ngọt, cũng như có ít hơn về mặt số lượng loài trong các hồ nước mặn hay trong lòng đại dương. Tuy nhiên, các loài thực vật hạt kín thủy sinh không phải là các dạng nguyên thủy mà được phát sinh ra từ các dạng tổ tiên trung gian trên đất liền. Gắn liền với sự đa dạng về nơi sinh sống là sự dao động lớn về hình thái chung và kiểu sinh trưởng. Chẳng hạn, các loại bèo tấm quen thuộc che phủ bề mặt các ao hồ gồm có các chồi nhỏ màu xanh lục dạng "tản", gần như không thể hiện sự phân biệt giữa các phần - thân và lá, chúng có một rễ đơn mọc theo chiều đứng xuống dưới nước. Trong khi đó, các cây thân gỗ lớn trong rừng có thân cây, có lẽ là sau hàng trăm năm, đã phát triển thành một hệ thống trải rộng bao gồm các cành và nhánh, mang theo nhiều cành con hay nhánh nhỏ với hằng hà sa số lá, trong khi dưới lòng đất thì hệ thống rễ trải rộng nhiều nhánh cũng chiếm một diện tích đất tương đương. Giữa hai thái cực này là mọi trạng thái có thể tưởng tượng được, bao gồm các loại cây thân thảo trên mặt đất và dưới nước, là các loại cây thân bò, mọc thẳng hay dây leo về cách thức phát triển, cây bụi hay cây thân gỗ nhỏ và vừa phải và chúng có sự đa dạng hơn nhiều so với các ngành khác của thực vật có hạt, chẳng hạn như ở thực vật hạt trần.

Các chứng cứ đầu tiên về sự xuất hiện của thực vật hạt kín được tìm thấy trong các mẫu hóa thạch có niên đại khoảng 140 triệu năm trước, trong thời kỳ của kỷ Jura (203-135 triệu năm trước). Dựa trên các chứng cứ hiện tại, dường như là các tổ tiên của thực vật hạt kín và ngành Dây gắm (Gnetophyta) đã tách ra khỏi nhau vào cuối kỷ Trias (220-202 triệu năm trước). Các thực vật hóa thạch với một số đặc trưng có thể xác định thuộc về thực vật hạt kín xuất hiện trong kỷ Jura và đầu kỷ Phấn trắng (kỷ Creta) (135-65 triệu năm trước), nhưng chỉ có dưới một số rất ít hình thái thô sơ. Hóa thạch sớm nhất của thực vật hạt kín, Archaefructus liaoningensis, có niên đại khoảng 125 triệu năm trước[6]. Phấn hoa, được coi là liên quan trực tiếp tới sự phát triển của hoa, được tìm thấy trong hóa thạch có lẽ cổ tới 130 triệu năm. Sự bùng nổ mạnh của thực vật hạt kín (khi có sự đa dạng lớn của thực vật hạt kín trong các mẫu hóa thạch) đã diễn ra vào giữa kỷ Phấn trắng (khoảng 100 triệu năm trước). Tuy nhiên, một nghiên cứu trong năm 2007 đã ước tính sự phân chia của 5 trong số 8 nhóm gần đây nhất (chi Ceratophyllum, họ Chloranthaceae, thực vật hai lá mầm thật sự, magnoliids, thực vật một lá mầm) đã xảy ra khoảng 140 triệu năm trước[7]. Vào cuối kỷ Phấn trắng, thực vật hạt kín dường như đã trở thành nhóm thống trị trong số thực vật trên đất liền, và nhiều thực vật hóa thạch có thể nhận ra được là thuộc về các họ ngày nay (bao gồm dẻ gai, sồi, thích, mộc lan) đã xuất hiện.

Tuy nhiên, một số tác giả lại đề xuất nguồn gốc sớm hơn của thực vật hạt kín, đôi khi là tận trong đại Cổ sinh (251 triệu năm trước hay sớm hơn)[8][9][10].