Palmehuset ble åpnet i 1868 og er et av Norges eldste veksthus. Det består av tre deler.
Palmehuset er åpent 10-21 fra 1.april til 30.september. Fra 30. september til 31. mars er det åpent 10-17.
I midten finner du en evolusjonsutstilling som gir deg et innblikk i hvordan plantene har utviklet seg gjennom millioner av år. Her ser du konglepalmer, som oppsto før det fantes blomsterplanter på jorda. Her kan du også se en Wollemia nobilis, som ble oppdaget så sent som i 1994 nær Sydney, Australia. En rød sandstein med 50 millioner år gamle bladfossiler ble hentet fra Svalbard i 2017 og stilt ut her i Palmehuset. Det er bemerkelsesverdig at bladene ser ut nesten akkurat som bladene på dagens løvtrær.
I den høyre delen finner du vekster som hører hjemme i områder med middelhavsklima. Her kan du f.eks. oppleve kamelia- og appelsinblomstring midt på vinteren.
I den venstre delen vokser kaktus og andre sukkulenter fra ulike deler av verden. Her er det alltid tørt, mens det kan være kaldt om natten og svært varmt om dagen.
Palmehuset er oppkalt etter en kanaridaddelpalme, kjent som Smiths palme, som vokste her i Botanisk hage fra 1815 til vinteren 2000, da den knakk og døde. Palmen stammet fra et frø som ble samlet på Kanariøyene av Botanisk hages første bestyrer, Christen Smith. Den trivdes så godt på Tøyen at det måtte gjøres mange tiltak for at den skulle ha plass til å vokse, blant annet ble taket forhøyet. Smiths palme var en av hagens hovedattraksjoner inntil den forsvant.