У истоков эволюционного направления в физиологии растений в нашей стране стоял К. А. Тимирязев.
Заметную роль в становлении эволюционной физиологии растений сыграл Н. Г. Холодный. Задачу эволюционной физиологии он сводил прежде всего к исследованию филогенеза функций у растений, к выяснению хода постепенного усложнения и видоизменения физиологических явлений в филогенезе, а также к раскрытию причинных отношений между этапами филогенеза функций. Эта задача, по Холодному, может быть решена при условии использования трех методов — сравнительно-физиологического, эмбриологического и палеонтологического.
Успехи сравнительной физиологии и биохимии позволили раскрыть картину единства органического мира. Так, было выяснено, что все организмы от бактерий до человека содержат в своем составе глюкозу и что это вещество подвергается сходным химическим превращениям. Холодный отверг объяснение этого сходства, согласно которому сложные биохимические и физиологические механизмы возникли вместе с первыми живыми существами и сохранялись затем в неизменном виде. Значительное биохимическое и физиологическое сходство организмов, независимо от положения в системе, обусловлено одинаковой длительностью эволюции живого вещества всех организмов-современников и обменом веществ между организмами путем антибиоза (например, питания) и симбиоза.
Важной задачей Холодный считал изучение различий между организмами в физиологическом и биохимическом отношениях, связывая их с дарвиновским принципом расхождения признаков как результатом действия естественного отбора.
Одним из существенных этапов становления эволюционной биологии явилось формирование эволюционной экологии. Проблемы эволюционной экологии начиная с 30-х годов были впервые систематически рассмотрены в нашей стране С. А. Северцовым. Теоретической основой ему служило учение А. Н. Северцова о морфологических закономерностях эволюции. Концепция А. Н. Северцова с неизбежностью привела к постановке эволюционно-экологических проблем.