Il Giardino Botanico Carsiana venne fondato nel 1964 su iniziativa del dott. Gianfranco Gioitti, ideatore, fondatore e primo proprietario di Carsiana, farmacista e grande appassionato di botanica. Il dott. Gioitti fu affiancato inizialmente dal prof. Livio Poldini, studioso e profondo conoscitore della flora e della vegetazione carsica e dal dott. Stanislao Budin, anch’egli appassionato botanico. La visione alla base di questo straordinario progetto era quella di fornire uno strumento culturale ed educativo all’avanguardia per contribuire ad un uso corretto del territorio e delle sue risorse, permettendo l’interpretazione dei principali ambienti del Carso e le specie più caratteristiche della sua flora. Carsiana nasce quindi come strumento didattico destinato sia al grande pubblico che agli specialisti, oltre ad essere luogo piacevole e caratterizzato da elevati standard estetici. La sua impostazione era estremamente moderna per l’epoca: le piante, le collezioni vive, vengono presentate nel loro ambiente elettivo e non in ordine sistematico. Merita precisare inoltre che Carsiana è un Giardino botanico e non un Orto botanico: la differenza sta nel fatto che in un Giardino, oltre a venir presentate le collezioni per scopi scientifici, didattici ed educativi, vengono curati ed enfatizzati anche gli aspetti paesaggistici, risultanti dalle interazioni delle componenti geomorfologica, vegetazionale ed antropica. Particolare attenzione viene quindi dedicata alla disposizione delle piante coltivate, alle infrastrutture per la fruizione (sentieri, luoghi di sosta) e ai “giochi” d’acqua naturali o, come in questo caso, seminaturali.
 
Anche la scelta stessa del nome, “Carsiana”, è emblematica della grande lungimiranza e modernità dei suoi fondatori: il nome stesso sta ad indicare un ideale collegamento con l’Orto Botanico Juliana in Val Trenta (Slovenia). I fondatori del Giardino sin dal principio ambivano ad una "messa in rete" del Giardino con altre realtà che superassero i confini nazionali.
 
Dopo aver acquistato il terreno, il dott. Gioitti curò personalmente l’allestimento e la manutenzione del Giardino Botanico; la sua guida appassionata e capace fu ininterrotta per quarant’anni, sino alla data della sua scomparsa nel 2009.
 
Il dott. Fabrizio Martini e il sig. Eliseo Osualdini contribuirono alla buona cura del Giardino e all’arricchimento floristico. Dal 1972 l’iniziativa fu sostenuta dalla Provincia di Trieste e nel 1978 il Giardino fu finalmente aperto al pubblico. Nel 2002 il giardino venne acquistato dalla Provincia di Trieste per poco più di 130.000 euro, con l’obiettivo di valorizzare il bene anche mediante una programmazione di più ampio respiro e di potenziare le sue funzioni in relazione alla conservazione del territorio e dell’ambiente.
Dal 1 luglio 2016, per effetto dei piani di subentro delle Province, la proprietà del Giardino e la gestione di Carsiana sono state trasferite alla Regione autonoma Friuli Venezia Giulia.
 
Nel 2018 la Regione FVG ha costituito un Gruppo di lavoro  dedicato a Carsiana, al fine di fornire supporto tecnico-scientifico per la definizione degli indirizzi operativi utili alla gestione del Giardino. Il Gruppo di lavoro era composto da vari esperti individuati tra il personale regionale; alcuni tra questi avevano in passato lavorato nel Giardino sotto la guida del dott. Gioitti e hanno potuto garantire la memoria storica della gestione. Il Gruppo ha svolto quindi una funzione di indirizzo tecnico-scientifico nella fase di restauro filologico ed è stato necessario per garantire omogeneità e continuità nella gestione del Giardino anche sotto il profilo strettamente naturalistico. Il Gruppo di lavoro ha svolto le funzioni di quel Comitato scientifico che era stato fermamente richiesto da Gioitti, fondatore e primo proprietario di Carsiana, tanto da inserirlo come condizione “sine qua non” per la cessione del Giardino alla Provincia.
Il Gruppo di lavoro non è stato formalmente rinnovato dato che tutte le competenza necessarie sono oggi presenti all’interno del  Servizio biodiversità della Direzione centrale risorse agroalimentari, forestali e ittiche. Lo staff tecnico incaricato di seguire il giardino è composto da Giuliana Renzi, Michela Tomasella e Marco Valecic.

Le attività svolte dal Servizio biodiversità possono essere così riassunte:
- costante verifica delle collezioni botaniche
- elaborazione di proposte progettuali per interventi di manutenzione straordinaria finalizzati alla reimpostazione sostenibile del Giardino, con particolare attenzione all’utilizzo della risorsa acqua, all’impiego di presidi fitosanitari (sono ammessi unicamente quelli previsti per la lotta biologica) e della produzione in proprio di compost
- elaborazione di linee guida gestionali specifiche per ogni ambiente rappresentato nel Giardino e indicazioni operative per la manutenzione e gestione, nell’ottica del restauro storico-filologico del Giardino
- elaborazione di indirizzi e criteri per l’aggiornamento delle funzioni del Giardino, coerentemente a quanto indicato dall’Action Plan for Botanic Gardens in the European Union elaborato da Cheney et al. (2000) per European Botanic Gardens Consortium
- elaborazione di indirizzi e criteri per le attività di divulgazione e didattiche

Dal 19 dicembre 2018 il servizio di gestione di Carsiana è demandato all’esterno alla Società cooperativa Rogos, che si occupa delle attività di manutenzione del giardino e delle attività connesse alla fruizione, comunicazione e promozione.