Kebun Raya Purwodadi mempunyai banyak koleksi anggrek dari berbagai jenis dan dari berbagai daerah, koleksi anggrek tersebut banyak diperoleh dari hasil eksplorasi dan ada pula dari hasil sumbangan. Koleksi anggrek di Kebun Raya Purwodadi ditata dengan rapi di rumah kaca khusus anggrek. Jenis anggrek yang telah dimiliki antara lain: Dendrobium anosmum Lindley , Dendrobium aloifolium (Bl.) Rchb.f., Dendrobium acinaciforme Roxb. Liparis gibbosa Finet Coelogyne asperata Lindl. Thrixspermum subulatum (Bl.) Rchb. Flickingeria fimbriata (Bl.) A.D. Hawkes,  Dendrobium linearifolium Teijsm.& Binn. Didymoplexis pallens Griff Coelogyne pandurata Lindl. Salah satu jenis anggrek langka yang dimiliki oleh Kebun Raya Purwodadi adalah anggrek sepatu/selop (Paphiopedilum glaucophyllum). Anggrek langka ini juga menjadi maskot kebun Raya Purwodadi.

Daya tarik utamanya terletak pada labelum atau bibir bunganya yang berbentuk kantong, berwarna ungu, dengan ornamen totol-totol di kelopak bunganya. Selain anggrek selop, anggrek hitam juga termasuk ke dalam jenis anggrek langka yang dimiliki oleh Kebun Raya Purwodadi, anggrek hitam dari Kalimantan Timur ini didapatkan dari hasil sumbangan dan ada pula dari hasil eksplorasi.Anggrek hitam memiliki nama ilmiah Coelogyne pandurata Lindl. Dinamakan anggrek hitam karena labelumnya berwarna hitam. Karakteristik lainnya adalah anggrek ini mengeluarkan bau semerbak yang harum. Biasanya anggrek ini berbunga pada bulan Juni. m Coelogyne pandurata merupakan salah satu spesies anggrek yang dilindungi di Indonesia karena terancam punah. Oleh karena itu, upaya konservasi anggrek hitam sangat diperlukan, mengingat populasinya di alam semakin menurun. Kebun Raya Purwodadi juga memiliki jenis anggrek dari kelompok Dendrobium, salah satunya adalah Dendrobium acinaciforme Roxb. Jenis anggrek epifit ini tersebar luas di Asia Tenggara, Anggrek ini tumbuh di hutan-hutan pegunungan pada ketinggian 800-2000 m dpl.