被子植物は大きく双子葉植物（綱）（モクレン綱）と単子葉植物綱（綱）（ユリ綱）の二つに分類される（新エングラー体系での分類。（）内はクロンキスト体系）。
これは種子から芽が出てはじめに出てくる葉（子葉）の数からつけられた名称だが、それ以外にも大きく異なる点が存在している。1990年代以降、ゲノム解析の発展と共に登場したAPG植物分類体系の考えによれば、被子植物の進化の初期に、原始的双子葉植物群が分岐し、次いで単子葉植物が分岐した。残りが単系統群の真性双子葉植物を形成している。したがって、単子葉植物はまとまった一群と見なせるが、双子葉植物はまとまった一群ではないと思われる。
重複受精（じゅうふくじゅせい、ちょうふくじゅせい）とは、被子植物の特徴的な受精形式で、受粉の際に、花粉から生じた2個の精核（精細胞）がそれぞれ卵細胞と極核（中心細胞）と受精する現象のことをさす。精核と卵細胞の受精を生殖受精、精核と極核の受精を栄養受精と呼ぶ。受精後、卵細胞は種子の胚に、極核は胚乳に成長する。
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一般的には最初の被子植物は、1億4000万年前（ジュラ紀）に裸子植物から分化したとされているが、もっと昔の三畳紀に分化したとする説もある。（サンミゲリアは外見が被子植物に似ているが、真の被子植物かどうか定かでない。またシダ種子植物のカイトニアは心皮が胚珠を包む傾向があり、これらが被子植物の起源ともいわれる。）現在確認されている最も古い被子植物の化石は、ジュラ紀から白亜紀に入る頃のアルカエフルクトゥスとされており、これは水中生活に適応して特殊化したともいわれるが、まだ花がコンパクトにまとまらず1つの枝のように見える。被子植物は、白亜紀以降、繁栄の時代を迎えた。
被子植物の系統樹における、（各枝に現存種が残っているような）最初の分岐は、主系列からのアンボレラ科の分岐である。続いて、スイレン科、シキミ科、マツブサ科などが分岐した。その後、単溝花粉型植物群であるところの主系列から、三溝花粉型植物群が派生する。