L'Orto botanico di Pisa nacque nel 1543 come “Giardino dei Semplici” - luogo dove coltivare e studiare le piante medicinali - per soddisfare le esigenze didattiche e di ricerca dell'Università di Pisa, grazie all'iniziativa del medico e botanico Luca Ghini (1490-1556): esso fu il più antico Orto botanico europeo legato ad un una Università. Questo primo Orto subì poi due spostamenti: nel 1563 e nel 1590, quando fu collocato definitivamente nella sede odierna, nei pressi di via Santa Maria, vicino alla piazza “dei miracoli” e i lungarni, nel cuore di Pisa.

Il Catalogus plantarum Horti Pisani di Michelangelo Tilli (1655-1740) è un'opera fondamentale negli studi botanici della Toscana del Settecento. Tilli, laureatosi in medicina a Pisa, nel 1681 fu nominato medico di bordo della flotta granducale da Cosimo III dei Medici, al posto di Francesco Redi (1626-1698), ed ebbe così occasione di visitare molte zone del Mediterraneo. Nel 1683 andò a Bisanzio su invito del re di Turchia che aveva chiesto a Cosimo III un buon medico: durante i suoi soggiorni a Costantinopoli, in Albania, ad Adrianopoli come (ottimo) medico del Sultano, diventò famoso e richiesto, ed ebbe modo di visitare le isole dell'Egeo e di conoscere nuovi e diversi usi, costumi, aspetti naturali. Per i suoi riconosciuti meriti, rientrato in patria, nel 1685 fu nominato da Cosimo III, su consiglio dello stesso Redi, professore di Botanica presso lo Studio di Pisa e direttore del Giardino dei Semplici, a cui Tilli si dedicò con grande solerzia e competenza e che resse per 55 anni. La fama di Tilli superò i confini toscani: nel 1708 fu accolto tra i membri della Royal Society di Londra per i suoi studi sulle acque meteoriche.

Grazie alle sue conoscenze con i più illustri botanici del tempo (in particolare Pier Antonio Micheli, prefetto dell'Orto fiorentino) e all'appoggio di Cosimo III, anch'egli appassionato di botanica, Tilli riuscì a procurarsi un notevole numero di specie, alcune delle quali ignote in Italia: in particolare alcune piante esotiche, provenienti dall'Asia sud-orientale, dall'Africa, dalle Americhe, come aloe, euforbie, cotone, tamarindo, canna da zucchero e soprattutto caffè, al tempo chiamato Jasminum arabicum, che venne importato e coltivato per la prima volta nel 1715 nell'Orto pisano, dove fruttificò regolarmente in serra. Sul modello dei giardini di Amsterdam, infatti, proprio Tilli fu tra i primi in Italia a utilizzare le serre o “stufe” per la coltivazione di piante più sensibili al freddo, quali quelle esotiche.

Nel suo poderoso Catalogus, molte di queste specie furono ritratte nelle belle incisioni delle 50 tavole a corredo del testo: infatti l'immagine naturalistica fu importante per Tilli, del quale “era nota la premura nel far dipingere le piante al tempo della loro fioritura, affinchè se qualcuna fosse perita, ne potesse rimanere una chiara idea ai posteri” (Novelle letterarie, 1740, p. 328-329). Tilli fece riprodurre centinaia di piante: nella biblioteca del Museum of Natural History di Londra si conservano tre manoscritti datati 1712, 1714 e 1730, con disegni ad acquerello delle piante del Giardino. Tra questi vi è la bella immagine di una pianta di Ananas che era fiorita nell'Orto pisano suscitando l'ammirazione di molti visitatori. Non è un caso che nella vignetta che orna il frontespizio del Catalogus sia raffigurata la Città di Pisa (la figura femminile coronata, cui fanno da sfondo il Duomo, la Torre e la personificazione dell'Arno) che riceve doni floreali dalle Quattro Parti del Mondo: in particolare l'America porge una pianta di Ananas e l'Africa offre l'Aloe fiorita, rappresentata anche nelle tavole tilliane. L'incisore Cosimo Mogalli e i suoi collaboratori non sempre usarono questi disegni come modello per le incisioni del Catalogus: tra le tavole originali si segnalano quella del Caffè e un'altra del raro Mugherino del Granduca di Toscana, chiamato Jasminum sive Sambach Arabum. Impreziosiscono il Catalogus altre due grandi tavole, a firma di Mogalli, che rappresentano la pianta generale dell'Orto e quella del suo ingresso: il Prospectus Horti Medici Pisani e il Prior e il Posterior Horti Ingressus, che con la loro ricca legenda aiutavano il visitatore settecentesco (e aiutano lo studioso di oggi) a capire la struttura dell'Orto, la disposizione degli edifici e la distribuzione delle piante nelle aiuole. Grazie al meticoloso e instancabile lavoro del Tilli, l'Orto pisano fu riportato all'antico splendore e in quegli anni fu considerato tra i giardini pubblici più importanti d'Europa.