Salah satu koleksi yang banyak dijumpai di Kebun Raya Purwodadi adalah tanaman Polong-polongan. Ia adalah tanaman yang mempunyai distribusi yang cukup luas di daerah Tropis salah satunya Indonesia dan tanaman polong-polongan ini juga bermanfaat bagi manusia antara lain sebagai bahan pangan, tanaman penghijauan, penghasil pakan ternak, tanaman penghasil tanin, tanaman obat, dan lain-lain. Namun disatu sisi dalam kehidupan manusia masih saja ditemui pemanfaatan tumbuhan polong-polongan yang belum maksimal.

Jenis polong-polongan ini merupakan tanaman yang tahan kering dan mampu beradaptasi pada lingkungan dengan kelengasan tanah yang terbatas dan mampu menambah nitrogen secara bebas dari udara. Kebun Raya Purwodadi mempunyai sekitar 154 jenis dan potensi keragaman yang belum dikaji mengenai tanaman polong-polongan. Terdapat tiga sub family yang sering ditemui di Kebun Raya Purwodadi adalah Mimosaceae, Caesalpinia, dan Papilionaceae.

Mimosaceae merupakan kelompok tanaman yang termasuk kedalam tanaman polong-polongan atau Fabaceae. Tanaman ini berbentuk semak-semak, perdu atau berpohon tinggi. Kelompok ini memiliki ciri khas yaitu bijinya tersusun memanjang berbentuk polong dan daunya yang berbentuk majemuk. Tanaman dari kelompok Mimosaceae juga merupakan tanaman dikotil yang berakar tunggang, berbiji belah dan bercabang. Caesalpinia merupakan jenis tumbuhan yang family dari Fabaceae. Caesalpinia berisi tanaman berkayu tropis dan subtropis. Tumbuhan yang perdu mempunyai tinggi 2-4 meter dan mempunyai banyak cabang. Daunnya majemuk berbentuk menyirip genap serta ganda dua dengan 4-12 pasang anak daun. Terdapat buah dan bunga. Papilionaceae merupakan family dikotil. Terdapat bunganya berbentuk kupu-kupu dan terdiri atas lima mahkota (bendera terdiri satu lembar daun mahkota, sayap terdiri dua lembar daun mahkota, benang sari dua tongkol terdiri dari 10 helai, 1 helai terpisah dan 9 helai berbentuk satu bekas). Pada akarnya terdapat bintil-bintil yang menjadi hidupnya bakteri Rhizobium Radicula. Yang berfungsi mengikat nitrogen yang dibutuhkan oleh tumbuhan. Buahnya berbentuk polong. Koleksi polong-polongan sendiri yang dimanfaatkan sebagai tanaman hias merupakan dari marga marga Amherstia, Brownea, Cassia, Senna, dan Saraca. Adapula kayu yang dimanfaatkan sebagai bangunan di Sono Keling, dan wangkal. Tanaman penghijauan dan di tepi jalan Kebun Raya Purwodadi sendiri memanfaatkan jenis Angsana (Pterocarpus Indicus), Akasia (Acacia Auriculiformis), dan Soga (Peltophorum Pterocarpum). Tanaman yang dimanfaatkan sebagai tanaman obat seperti Johar (Senna Siamea), Kedawung (Parkia Timorianal), dan Dadap Ayam (Erythrina Orientalis).