植物工厂的发展始于20世纪50年代欧美发达国家，概念最早由丹麦科学家提出，美国、荷兰以及奥地利等国迅速跟进。
1974年日本开始了人工光植物工厂研究，1983年，第一个用于生产实践的人工光植物工厂出现，位于日本静冈县三浦农场三角板型植物工厂，当时的光源采用的是高压钠灯。上世纪90年代以来，随着新型光源、环境控制等关键技术的突破，植物工厂迎来了快速发展时期。2009年，日本拿出了500亿日元的预算补助用于支援植物工厂的建设，截至2016年底，日本拥有254家植物工厂，从数量、面积、产量等维度来看，均为全球第一。
植物工厂的种子、生长环境及整个生产过程是可控的，产生的蔬菜可以达到无农药、无重金属、低硝酸盐、低生物菌，植物工厂生产的蔬菜可以直接食用的。同时，这种蔬菜市场潜力巨大。日本70%的人知道或者买过植物工厂的菜。
日本是拥有全世界最多植物工厂的国家，也是全世界植物工厂发展程度最高的国家之一。日本耕地稀缺、人口密度很高，因此日本政府对农业科技、生物技术，以及发展高科技农业、生态农业、有机农业等领域十分重视。东芝、富士通、松下、夏普等日本科技巨头都在积极参加植物工厂的建设。
在日本，植物工厂可以建在任何地区任何建筑中，因为它既不需要太阳能也不需要自然土壤；植物工厂的生产不依赖于外界环境和土壤肥力。在不久的未来，植物工厂将在大都市健康安全叶菜的地产地销中扮演很重要的角色。
植物工厂包含以下六个主要组成部分：
绝热、接近密闭、不透光的类似库房的主体结构；
4到20层配备有水培系统和荧光灯或LED灯等光照设备的栽培床；
空气风机及空调；
二氧化碳施肥系统；
水泵及营养液供给系统；
环境控制系统。通常情况下，工人只有在洗完澡或者通过空气浴并换好干净的工作服之后才能进入植物工厂的栽培室。
日本最大的植物工厂Spread公司每天可以生产近25000株生菜，每年可生产900万株。目前，日本商业化运营的253家植物工厂，有20%的植物工厂是盈利的，60%处于收支平衡，20%在亏损。
据估计，建造植物工厂一半的费用是在建造外部结构，另一半是内部装备。10层栽培架植物工厂的初期总投资约为每平米4000欧元（33200元/平米）。之后，需要5-7年来收回初期投资成本。和露地栽培相比，10层植物工厂每年叶菜的生产能力大约是其90倍，销售量约117倍。
目前，植物工厂已经成为全球，尤其是经济发达地区，解决人口资源环境及食物数量与质量安全等突出问题、发展现代农业的重要途径。它被认为是继陆地栽培、设施园艺、水耕栽培等依序发展之后的又一新技术，也被称之为“第四农业”，业内人士称之为是农业技术的一次革命。
