Ha una superficie di 2,3 ettari, di cui 1694 m² sono occupati da serre. Il disegno delle aiuole ricorda sia il modello dell’Hortus conclusus medievale dedicato alla coltivazione delle erbe medicinali e aromatiche sia lo schema del giardino segreto della villa rinascimentale.
L'edificio principale, che occupa tutto il lato su via Micheli, ospita gli uffici, la biblioteca, un laboratorio e le serre. L'edificio, a pianta rettangolare, ha due grandi serre come corpi laterali e le strutture organizzative nella zona centrale. Altre cinque serre realizzate in vetro e metallo sono collocate nel giardino; sono serre fredde o calde che ospitano collezioni di felci, piante epifite, begonie, bromeliacee.
Dall'edificio centrale si accede al terrazzo, coperto da due pergole in ferro con rose rampicanti dal quale, tramite una scalinata in pietra serena, si scende nel giardino; la scala è fiancheggiata da due cespugli di Feijoa sellowiana e Stranvesia, potati geometricamente. Tutti i vialetti sono pavimentati in ghiaia mentre le aiuole sono delimitate da bassi bordi in pietra. Sempre in pietra sono le panchine e il tavolino che si trovano sulla montagnola mentre gli arredi sono in ferro.
Oltre alla fontana centrale, con funzione prevalentemente decorativa, vi sono numerose vasche: a destra dell'ingresso, si trova una vasca in cemento utilizzata per le ninfee; altre quattro vasche si trovano sulla montagnola e ospitano collezioni di piante acquatiche.
Il patrimonio vegetale dell'orto è attualmente costituito da circa 9.000 esemplari di piante. Nel prato delle conifere sono da segnalare un Taxodium distichum e una Metasequoia glyptostroboides. Fra le piante più vecchie una sughera Quercus suber piantata nel 1805 da Ottaviano Targioni Tozzetti, allora direttore, e mai spellata; e un tasso Taxus baccata piantato nel 1720 da Pier Antonio Micheli. È presente anche una Zelkova serrata secolare.
Nelle serre abbondano le piante esotiche (il caffè Coffea arabica, l'albero del viaggiatore Ravenala madagascariensis, l’Amorphophallus titanum eccezionalmente fiorito nel 2002 e per due volte nel 2007, il banano Musa × paradisiaca, ecc.), e le collezioni di orchidee, piante carnivore, cactacee, cicadee, agrumi e altre ancora.
