마침내 제2차 치산녹화10년계획 수립시 수목원 및 산림박물관 조성계획이 수립되고 1981년에 세부실적 계획을 세워 국무회의에서 승인을 받아 수목원조성에 필요한 자료수집부터 착수하였다. 이를 위하여 실무자 2인을 스위스, 서독, 스웨덴, 등에 파견하여 각종 자료와 정보를 수집 정리하고 1982년 3월 국립수목원 및 산림박물관 건립 계획안을 작성, 경제기획원등 관계부처의 협의와 국무회의를 거쳐 1982년 6월에 동계획을 확정추진하게 되었다.

실행부처인 임업시헙장에서는 동 수목원 및 산림박물관 건립 자문위원으로 학술원회장 심종섭 박사외 관계분야 대학교수 2명과 전문가 5명을 위촉하여 6회에 걸친 심의 후에 기본계획서를 작성, 이에 의거 1983년부터 1986년까지 4개년에 걸쳐 68억원의 국고예산과 순수 산림청 소속 인원과 기술로 경기도 포천군 임업시험장 광릉시험림내 광릉수목원과 산림박물관을 완공하였다. 1999년 광릉수목원과 산림박물관이 국립수목원으로 발전하였다.

그 후 1983년부터 1987년까지 수목원을 조성하고, 산림박물관을 건립하여, 1987년 4월 5일부터 일반인들에게 공개하기 시작하였다. 이후1989년에는 산림욕장을 개장하였고, 이어서 1991년에는 산림동물원을 개원하여 산림에 대한 대국민 홍보에 지대한 역할을 하여 왔으나, 숲의 보존이 무엇보다도 큰 문제로 제기되면서 1997년부터는 산림욕장을 폐쇄하였으며, 주말과 공휴일에는 입장을 제한하고 5일전 예약제를 도입하여 1일 입장객을 5,000명 이하로 한정하였다. 또한 식물자원의 확보가 세계적인 관심사로 대두되면서, 이에 대처하기 위하여 1999년 5월 24일에는임업연구원 중부임업시험장 수목원과를 산림청 국립수목원으로 신설, 개원하였다.또한 산림생물연구의 기초가 되는 표본의 수집·보존과 연구를 위해 2003년 11월 7일에 산림생물표본관을 개관하였다.