Le profonde mutazioni climatiche e geologiche, che hanno interessato il territorio del parco, hanno consentito lo sviluppo di una vegetazione variegata e molto abbondante, diversificata perlopiù a seconda delle altitudini.
L’ambiente vegetale predominante è la faggeta, che occupa l’estesa fascia montana e stabilisce (intorno ai 1.700 metri di altezza) il limite superiore della vegetazione arborea. Nelle compagini più ricche, al faggio si affiancano aceri di monte, maggiociondoli di montagna e sorbi degli uccellatori.
A fondo valle si trovano facilmente filari di aceri, ciliegi selvatici, frassini, querce, roverelle e carpini, talvolta con esemplari secolari. I castagneti da frutto sono diffusi nei pressi delle zone abitate, essendo stati per secoli la principale fonte di sostentamento della gente del luogo.
Il sottobosco è composto per lo più da geranio nodoso, lattuga dei boschi, angelica minore, anemone dei boschi, stellina odorosa e acetosella, affiancati da specie rare quali aquilegie, dentarie, sigillo di salomone, erba crociona, giglio martagone e varietà di orchidee inconsuete in Emilia-Romagna, come la listera cordata e l’epipogium aphyllum. Nel sottobosco compaiono anche abeti bianchi e rossi, larici, pini neri e pini silvestri.
Boschi di conifere, come quello che circionda il Lago della Ninfa, sono diffusi sui pendii e contribuiscono a consolidare il terreno franoso e a recuperare pascoli abbandonati.
Intorno ai 1.700 metri, i boschi lasciano il posto ai vaccinieti, la cui vegetazione è composta da bassi arbusti di mirtillo nero e falso mirtillo, rosa alpina, ginepro nano e sporadici esemplari di erica baccifera e mirtillo rosso. Nella brughiera è facile incontrare anche piante usualmente radicate ad altitudini maggiori, come il rododendro ferrugineo.
Sulle sommità dei rilievi i vaccinieti sono parzialmente sostituiti dalle praterie, nelle quali si trovano piante graminacee tra cui il brachipodio e fioriture della genziana di Koch, della genzianella campestre e della viola con sperone. Nei luoghi più impervi, laddove rimangono i segni delle glaciazioni, è possibile ammirare alcune varietà rare, come il geranio argenteo e la felce woodsia, l’aquilegia alpina, le anemoni a fiori di narciso, la pulsatilla alpina, l’astro alpino, alcuni semprevivi e sassifraghe e la “vedovella delle Apuane”, dai caratteristici fiori blu.
Le particolari condizioni microclimatiche delle pendici dei monti più alti, come il Cimone e il Giovo, consentono infine la presenza di limitate vallette nivali, molto rari in Emilia-Romagna, dove la vegetazione è composta in prevalenza da muschi ed erbe tra cui la canapicchia glaciale, la piantaggine delle Alpi e la rarissima soldanella pusilla.