La flora vascular del Valle del Paular comprende 1.274 taxones de rango específico o subespecífico. Constituye un área de elevada diversidad florística tanto en el marco de la Comunidad de Madrid como en el de la Península Ibérica. La superficie delimitada como Parque Natural de Peñalara alberga una rica y variada flora si consideramos su reducida extensión, y está formada por 343 taxones. Se trata de un área representativa de la flora y la vegetación de los ecosistemas de la alta y media montaña mediterránea.

Como testimonio de periodos glaciares pretéritos, la flora del Parque Natural y su entorno está formada por una importante representación de elementos eurosiberianos y borealpinos, lo que le confiere cierto carácter septentrional. La presencia de taxones orófitos relícticos es también destacable. Muchos de ellos se encuentran en final de área: unas 102 especies son de óptimo septentrional y presentan un área de distribución cuyos límites meridionales se encuentran en estas montañas. Además el porcentaje de endemismos es elevado, existiendo más de 180 endemismos ibéricos.

Aproximadamente la mitad de la flora está constituida por herbáceas perennes, un 32% por herbáceas anuales, un 13% por árboles y arbustos, y casi un 4% por especies ligadas al medio acuático.

En los hábitat correspondientes a la alta montaña, así como en los bosques caducifolios y riparios es donde habitan las especies más singulares. Los pastizales que colonizan las cumbres y las laderas altas están dominados por especies de hemicriptófitos de porte rastrero o pulvinular, adaptados a las duras condiciones climáticas que imperan en ellas. Entre estas especies podemos destacar la joraga (Festuca curvifolia) y otras especies que la acompañan, como Sedum brevifolium, Jasione crispa, Jurinea humilis, Armeria caespitosa, Thymus praecox, etc. En el entorno de las lagunas nos encontramos con pastos más densos y húmedos dominados por el cervuno (Nardus stricta) y acompañados por especies de llamativa floración como son Campanula herminii o Jasione laevis. También en este entorno aparecen laderas pedregosas donde podemos observar la llamativa dedalera (Digitalis purpurea subsp. carpetana), la genciana (Gentiana lutea), el senecio (Senecio pyrenaicus), o los helechos Criptograma crispa y Dryopteris oreades. En los roquedos compactos, aparentemente desprovistos de vegetación, crece la consuelda (Saxifraga pentadactylis subsp. willkommiana), y otras especies fisurícolas como la crucífera Murbeckiella boryi o el helecho Asplenium septentrionale.

Los matorrales de alta montaña mediterránea están dominados por el enebro rastrero (Juniperus communis subsp. alpina) y el piorno serrano (Cytisus oromediterraneus). Es frecuente también la presencia del cambroño (Adenocarpus hispanicus). El pino albar (Pinus sylvestris) constituye el límite altitudinal de la vegetación arbórea, y forma densos bosques donde se intercalan bosquetes relícticos de tejos (Taxus baccata), acebos (Ilex aquifolium) y abedules (Betula alba). Los robledales de Quercus pyrenaica y otros bosques caducifolios como son las fresnedas de Fraxinus angustifolia y los bosques riparios (Salix spp.) albergan un conjunto florístico muy interesante con claras afinidades septentrionales. Entre las especies que forman parte de estos bosques podemos destacar árboles como el mostajo (Sorbus latifolia) y el cerezo aliso (Prunus padus), arbustos como el mundillo (Viburnum opulus) y el bonetero (Euonymus europaeus) o plantas trepadoras como la madreselva (Lonicera xylosteum).