明代，人们在总结前人认识的基础上，并通过自己的观察和研究，在动植物形态和分类、动植物生活习性及其与环境的关系、微生物以及遗传变异等方面的生物学知识更加丰富，并有了进一步的发展。
明代的一些著作对许多植物形态的观察和描述是很细致和翔实的，其中以李时珍的贡献最为突出。如李时珍对牛膝的形态描述：“其苗方茎暴节，叶皆对生，颇似苋叶而长且尖■。秋月开花，作穗结子，状如小鼠负虫，有涩毛，皆贴茎倒生”，突出了牛膝的特点。据此可知这里指的是怀牛膝。茺蔚（益母草），“其叶如艾叶而背青，一梗三叶，叶有尖歧（掌状三裂）。寸许一节，节节生穗，丛簇抱茎。四五月间，穗内开小花，红紫色，亦有微白色者。每萼内有细子四粒，粒大如同蒿子，有三棱，褐色”，对茺蔚的叶、花、子的形状和颜色，作了细致的描述，尤其是把唇形科的轮伞花序清晰地勾画出来。又如在动物方面，明确地记载了石首鱼“弱骨细鳞，黄色如金。首有白石二枚（指头部有两块大耳石），莹洁如玉”的形态特点。近代分类学上石首鱼科的命名，即源于此。关于啄木鸟“嘴如锥，长数寸，舌长于咮，其端有针刺，啄得蠹，以舌钩出食之”的描写也很形象和生动，等等。关于一些珍贵毛皮兽类的记载，如貂：“色有三种：一白者曰银貂，一纯黑，一黯黄”，“貂产辽东外徼建州地（今辽宁、吉林等地）及朝鲜国”，又“凡狐貉亦产燕、齐、辽、汴诸道”。可见当时对貂的种类、毛色和狐的产地等都有明确的认识。
明代在动植物分类上有较大突破者，也当属李时珍。他通过调查访问，采集标本，绘制成图，于1596 年编成《本草纲目》。全书记载动植物一千六百多种，分植物界为五部三十类；分动物界为五部十八类。“部”相当分类学上的“纲”，“类”则相当于“目”。纲目分明，扬弃了传统本草学中的“三品”分类体系，而主要依据动植物的形态、习性、用途分类。这与现代分类阶元划分，是相当接近的。在《本草纲目》的一些目中，又将性状相近的种类排列在一起。例如，描述猩猩“人面人足，长发，头颜端正”；猕猴“手足如人，亦能竖行”等等。这和现代灵长目分类特征相一致。可见《本草纲目》中反映的动植物分类系统是中国古代生物学史上一项重要成就。