Deși plantele terestre există de 470 de milioane de ani sau mai mult, cele mai vechi dovezi ale plantelor cu flori, sub forma fosilelor Archaefructus liaoningensis, datează de acum doar 125 de milioane de ani, în perioada Cretacicului timpuriu. Aceasta înseamnă că florile au existat doar de aproximativ un sfert din timpul plantelor terestre în general. Dovezile fosile ale polenului, considerate a fi un indiciu puternic al plantelor cu flori, sunt ceva mai vechi, datate cu aproximativ 130 de milioane de ani în urmă.
Evoluția plantelor cu flori a durat mult, dar astăzi, ele sunt cel mai de succes grup de plante terestre, găsite pe fiecare continent, cu excepția Antarcticii și pe insulele îndepărtate. Apariția și succesul lor abrupt au fost atât de extrem, încât Charles Darwin a numit-o un „mister abominabil”. De pe vremea lui Darwin, totuși, au fost găsite mai multe fosile care dezvăluie o serie de pași intermediari înaintea florilor cu drepturi depline.
Evoluția plantelor este, în general, una în care grupurile care exploatează inovațiile evolutive fundamentale – cum ar fi țesutul vascular, scoarța, semințele sau florile – au tendința de a înlocui aproape complet plantele mai primitive atunci când ele cu adevărat pornesc. Mai mult, aceste inovații evolutive tind să apară în cele mai complexe plante din acel moment. În consecință, plantele cu flori au evoluat din cele mai sofisticate plante cu semințe, care au înlocuit majoritatea plantelor fără semințe în urmă cu aproximativ 370 de milioane de ani, în perioada Devonianului târziu.
Florile sunt o inovație evolutivă de mare succes, deoarece permit o gamă mai complexă de interacțiuni cu alte organisme. Acest lucru deschide diverse parteneriate simbiotice, în special cu insectele polenizatoare, cum ar fi albinele. Schimbul constant de polen între plante, facilitat de albine, ajută aceste plante să rămână diverse genetic și rezistente la boli sau alte greutăți.
Plantele cu flori s-au diversificat în cele două grupuri principale, monocotiledone și dicotiledone, la doar 5 până la 10 milioane de ani după ce au evoluat inițial. Până la sfârșitul Cretacicului, acum 65.5 milioane de ani, jumătate din principalele grupuri de flori de astăzi au evoluat și reprezentau 70% din speciile de plante globale. Succesul plantelor din această perioadă i-a determinat pe oamenii de știință să speculeze că dinozaurii ar fi putut dispărea mâncând flori. Acest lucru s-a întâmplat înainte ca oamenii de știință să ajungă de acord că dinozaurii au dispărut cel mai probabil ca urmare a unui impact de asteroizi.