Впервые идею о создании постоянной ботанической станции в Хибинских горах предложил геоботаник В. Н. Сукачев после экспедиции 1920 года. Однако в начале 1920-х годов средств для реализации этой идеи не нашлось.

В 1930 году, благодаря инициативе академика А. Е. Ферсмана, была создана Хибинская горная станция Академии наук СССР «Тиэтта», которая позже стала основой для Кольского научного центра. В том же году в Хибинах работал ботанический отряд под руководством С. С. Ганешина, в который входили геоботаники А. А. Корчагин и М. В. Селянинова-Корчагина, бриолог О. Ф. Гаазе и лихенолог К. А. Рассадина. Ганешину поручили организацию Полярно-альпийского ботанического сада и изучение флоры региона. Однако 30 августа 1930 года он погиб в горах из-за тумана и снежного бурана. Летом 1931 года на его место приехал молодой ботаник Николай Александрович Аврорин. 26 августа 1931 года на совещании исследовательских партий его предложение о создании первого в мире ботанического сада за Полярным кругом было поддержано. Уже в октябре 1931 года Полярно-альпийский ботанический сад был официально организован, и Аврорин стал его первым руководителем. Ноябрьская сессия Академии наук СССР утвердила это решение, и проект предусматривал направления работы, которые актуальны и спустя 90 лет.

В летний сезон 1932 года сотрудники ботанического сада и экспедиции провели первые посадки растений, полученных из Ботанического института АН СССР. В 1933 году построили первую теплицу для размножения растений. В 1934 году была организована экспедиция на Алтай, а в 1936 году, в Восточные Саяны. В этот период были заложены коллекционные питомники и проложена экологическая тропа на горе Вудъяврчорр.

До войны сотрудники сада изучали биологию растений в Заполярье, выделяя декоративные и зимостойкие виды, и инвентаризировали флору Мурманской области. В 1940 году Полярно-альпийский ботанический сад признали одним из ведущих ботанических садов СССР.

В 1941 году Аврорин подготовил руководство по озеленению северных населенных пунктов, и в Мурманской области начали высаживать растения из сада. С началом войны работы были прерваны, и часть сотрудников эвакуировали в Сыктывкар. Оставшиеся под руководством Аврорина выращивали пищевые и лекарственные растения для фронта, разрабатывали способы переработки ягод и создавали технологии получения глюкозы из лишайников. В 1942 году в Кировск был прикомандирован биохимик А. Л. Курсанов, и вместе с Н. Н. Дьячковым они разработали технологию получения глюкозы. Важной заслугой сотрудников стало сохранение коллекционных растений и гербария. За успешную организацию работ в годы войны Аврорин был награжден орденом «Красной Звезды».

В 1946 году ботанический сад стал самостоятельным научным учреждением, и штат увеличился до 30 сотрудников. В 1951 году Кольскому филиалу АН СССР выделили участок для ботанических работ, где сейчас расположен «Экспериментальный участок ПАБСИ». Это позволило проводить исследования в разных условиях.

В 1960 году Аврорин переехал в Ленинград, и директором сада стал Роман Николаевич Шляков, а затем Т. А. Козупеева, которая руководила до 1986 года. В 1967 году саду присвоили статус научно-исследовательского института, и в его структуру вошли четыре лаборатории. В 1981 году за заслуги в развитии ботанической науки сад был награжден орденом «Знак Почета».

С 1986 по 1998 годы сад возглавлял Г. Н. Андреев, и в 1989 году был построен новый тепличный комплекс. В 1998 году директором стал В. К. Жиров. В 2002 году саду было присвоено имя Н. А. Аврорина, а в 2010 году проведена реконструкция основной оранжереи.

Сегодня Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н. А. Аврорина является научно-исследовательским учреждением, подведомственным Министерству науки и высшего образования РФ. Основные направления его деятельности включают интродукцию и акклиматизацию растений, изучение флоры и растительности арктических и горных территорий, разработку научных основ охраны природы, цветоводство и озеленение, а также популяризацию научных знаний.