천리포수목원은 1979년에 한국인으로 귀화한 민병갈(Carl Feriss Miller, 1921∼2002)에 의해 설립된 우리나라 최초의 사립수목원이다. 우리나라의 자생식물은 물론 전 세계 60여 개국에서 들어온 도입종까지 총 1만 6,800여종(2023년 기준)의 식물종을 보유하고 있는 국내 최다 식물종 보유 수목원이다.
2000년 국제수목학회로부터 세계에서 12번째, 아시아에서는 최초로 ‘세계의 아름다운 수목원’으로 인증을 받았다. 또한 한국관광공사와 문화체육관광부가 2012년에 발표한 ‘한국인이 꼭 가봐야 할 국내관광지 100선’에 선정되기도 하였다. 규모는 62만㎡이다.
고(故) 민병갈 설립자가 1962년에 천리포 해변 2만㎡의 토지를 매입하여 1970년부터 본격적으로 수목원을 조성하기 시작하였다. 1979년에 산림청 산하 비영리재단법인으로 인가를 받았고, 1996년에 공익재단법인으로 등록되었다. 1997년에 국제목련학회 총회를 개최하였고, 1998년에 국제수목학회 총회와 미국 호랑가시학회 총회를 개최하였다.
2001년부터 수목원전문가 양성과정 교육을 시작하였으며, 2009년에 산림청으로부터 수목원전문가 교육과정을 인증받았다. 2013년에 산림생명자원 관리기관 · 산림교육전문가 양성기관 · 산림교육센터로 지정되었다. 2014년에 환경부로부터 생물다양성 관리기관으로 지정되었다.
천리포수목원은 설립 이후 연구목적 이외에는 출입할 수 없는 비개방 수목원이었다. 2009년 3월 1일에 7개의 관리 지역 중 첫 번째 정원인 밀러가든(Miller Garden)을 최초로 개방하였다. 2010년에는 밀러의 사색길과 목련원을 추가로 개방하였다.
천리포수목원에서 보유하고 있는 식물종은 주요 5속(屬)인 목련(800여 종), 호랑가시나무류(500여 종), 무궁화(300여 종), 동백나무(1,000여 종), 단풍나무(200여 종) 외에도 곰취, 앵초, 노루귀, 복수초, 노루오줌 등이 있다. 특히 천리포수목원은 세계 최다 목련 수집 수목원이며, 미국 홀리(Holly)학회의 인증수목원이다.
수목원 내 주제원은 원추리원, 수생식물원, 동백원, 수국원, 습지원, 왜성침엽수원, 윈터가든, 호랑가시나무원, 우드랜드, 무늬원, 억새원, 암석원, 마취목원, 자생식물원, 노루오줌원, 만병초원, 클레마티스원 등 18개로 구성되어 있다.
2006년 9월 21일에는 환경부지정 서식지외 보전기관으로 지정되었는데, 대상 식물은 가시연꽃, 노랑붓꽃, 매화마름, 미선나무 등 4종이다. 천리포수목원은 겨울에 강한 해풍에 의한 피해와 염해를 방지하기 위해 바닷가에 조성되어 있는 곰솔 방풍림도 볼 수 있다.
천리포수목원은 국내외 교류를 통하여 생육환경에 적합한 식물을 수집 · 보존하며, 자원식물의 교육 · 연구와 자연환경 보전에 기여하고자 한다. 5대 특성화 속에 대해 세계 최고의 수목원을 지향하며, 국제학회 및 심포지엄을 매년 개최하고 있다.