Alan, flora bölgesi olarak; Euro-Siberian (Avrupa-Sibirya) ana flora bölgesinin Oksin alt flora bölgesinde yer almaktadır. Milli Park içerisinde doğal yayılışını gerçekleştiren ve orman ekosistemini oluşturan türler; başta Uludağ göknarı (Abies nordmanniana (Stev.) Spach. subsp. bornmülleriana Mattf.) ile sarıçam (Pinus sylvestris L.)’dır. Bu türlerin genelde saf Uludağ göknarı ile temel meşcereyi Uludağ göknarının oluşturduğu Uludağ göknarı + sarıçam karışık seçme ormanları mevcuttur.

p style="margin-top: 0cm;">Milli Park Alanı ve yakın çevresinde 617 takson belirlenmiştir. Genel olarak “orman”, “çalı” ve “alpin bitkiler” olmak üzere üç grupta toplanan bitki formasyonları arasında en geniş yayılışa sahip olanı ormanlardır. Ilgaz Dağları vejetasyon açısından ilginç olduğu kadar floristik açıdan da ilginç ve zengindir. Alanda şu ana kadar yapılan floristik çalışmalar sonucunda milli park içeresinde 51 familyaya ait 234 tür ve türaltı seviyede takson tespit edilmiştir. Bu taksonlardan 37’si ülkemize özgü endemiktir ve endemizm oranı %15,8’dir. Bu endemiklerden 4’ü sadece Ilgaz Dağı’nda yayılış göstermektedir. Bu türlerden Arabis abietina ve Barbarea trichopoda ‘nın tehlike kategorisi “Vahim” (CR), Corydalis wendelboi subsp. congesta ve Ornithogalum wiedemannii var. reflexum’un tehlike kategorisi “Tehlikede (EN)”’dir. Bu türler Abies nordmanniana subsp. bornmuelleriana ormanlarının altı ve açıklıklarında yayılış göstermektedirler. Buna ilave olarak Tehlikede kategorisinde yer alan Verbascum ponticum türü ve 4 tür de “Zarar Görebilir (VU)” kategorisinde yer almaktadır.