1816년에 맥과이어(Macquarie) 총독 영지의 일부에 설립되었다. 설립 당시의 명칭은 시드니 식물원(Botanic Garden of Sydney)이었다가, 1959년에 ‘왕립(Royal)’ 명칭을 부여받아 현재의 명칭으로 바뀌었다. 1817년에 식물학자 찰스 프레이저(Charles Fraser)가 공식적인 식물수집과 연구를 시작하였으며, 당시에는 다른 지역으로부터 들어온 식물의 환경적응을 연구하는 과학연구소의 역할을 했다. 이후 몇몇 식물학자들에 의한 이러한 연구가 성공한 뒤, 1847년에 존 C. 빌드윈(John C. Bidwill)이 초대 원장으로 취임했다.
1848년 2대 원장이 된 찰스 무어(Charles Moore)는 트린티 대학에서 식물학을 전공한 사람이었다. 그는 48년 동안 식물원의 척박한 토양과 물부족, 재정난을 개선하였으며, 식물원의 한가운데 야자숲을 설치하는 등 오늘날의 식물원의 기반을 다졌다. 1862년에 식물원 안에 동물원이 설치되었으나, 1883년에 무어 파크로 옮겨갔다. 또한 1879년에는 식물전시관이 세워졌는데, 거대한 돔 주변으로 크고 작은 탑이 배치된 아름다운 빅토리아 건축의 모범으로 꼽히던 이 건물은 1882년에 화재로 소실되었다.
20세기에 들어온 뒤, 1901년 조셉 헨리 메이든(Joseph Henry Maiden) 원장에 의해 식물표본관이 개관되는 등 발전을 거듭했으나, 제1·2차 세계대전을 거치는 동안 식물원은 제대로 관리되지 못해 침체기를 겪기도 했다. 식물원이 생태학 연구와 교육 프로그램을 설치하는 등 활동 영역을 넓힌 것은 식물원의 후원단체가 결성된 1980년대 초부터이다.
도시 속의 오아시스라고 불리는 이 식물원은 30㏊의 넓이에 고도는 0m, 기온 13.5∼21.7℃, 강우량 l,143mm의 환경을 가졌다. 원내에는 시드니열대식물관, 희귀소나무관, 희귀·멸종위기식물관, 선인장정원, 장미정원, 허브정원, 시드니양치류관, 야자수숲 등 10여 개의 테마파크로 구성되어 있다. 자연의 아름다움이 잘 조화된 이 식물원은 시드니에서 가장 오랜 역사를 가졌지만, 테마파크로서 체계를 갖춘 것은 1980년대 이후이다.
시드니열대식물관 외에는 모두 무료로 입장할 수 있으며, 관람시간은 시드니열대식물관(10∼16시)과 선인장정원(9∼19시 30분), 양치류정원(9시 30분∼17시)을 제외하고는 아침 7시부터 해가 질 때까지 관람가능하다. 그밖에 식물에 관한 정보센터와 교육센터가 운영되며, 관람객들을 위한 레스토랑과 카페 등도 갖추어져 있다. 소재지는 오스트레일리아의 시드니이다.
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