根据多次调查，经综合统计分析，南山国家公园范围内共有维管束植物 224 科 904 属 2393 种(含变种、变型等种以下单位及栽培植物，下同)，其中：蕨类植物45科118属455种，种子植物179科784属1930种(裸子植物 8 科 15 属 23 种，被子植物 171 科 771 属 1915 种)。南山国家公园位于雪峰山脉与南岭山脉之越城岭山脉交汇处，是我国植物区系的华中、华南、华东、西南(滇、黔、桂)四大区系的交叉"十字路口"。较多的植物种类为华中特有、华中至华南分布、华中至华东分布、华中至西南分布，植物区系古老性及过渡性明显，对于研究我国南部古代植物区系的发生和演变，以及古气候、古地理、冰川学等方面具有重要科学意义，如第四纪冰期遗残遗的"活化石"植物—资源冷杉就是研究我国植物区系学、植被地理学等方面很好的例证。

南山国家公园内还分布有多种珍稀濒危的保护植物，其中国家Ⅰ级重点保护野生植物 3 种，包括资源冷杉、南方红豆杉、伯乐树；国家Ⅱ级重点保护野生植物 20 种，包括金毛狗、小黑桫椤、华南五针松、篦子三尖杉、半枫荷、翅荚木、红椿、伞花木等。另有列入国际贸易公约保护植物名录 CITES 附录Ⅱ中的兰科植物 40 余种，还分布有铁杉、长苞铁杉、湖南参、沉水樟、钩栲、金叶含笑等多种湖南省地方重点保护野生植物。