Растительный мир Парк сложен более чем из 1200 видов растений, и по своему составу отражает разнообразие Северного Тянь - Шаня. В растительном покрове национального парка ярко выраженная вертикальная поясность в соответствии с климатическими условиями и почвенным покровом. В предгорьях на прилавках - полыни с многочисленными эфемерами и эфемероидами, к которым относятся тюльпаны, ирисы, крокусы, гусиные, ксифиумы, осоки, злаки и др. На южных и юго-западных склонах - степная растительность с ковылями и зарослями кустарников - таволга зверобоелистная, различные виды шиповника и др. На северных склонах к кустарникам примешиваются древесные виды - яблоня Сиверса, боярышник, абрикос обыкновенный, клен Семенова. На прилавках произрастает большое количество редких эндемичных и реликтовых растений, нуждающихся в охране. Это тюльпаны Островского и Колпаковского, ирис Альберта, иридодиктиум Колпаковского, яблоня Сиверса, курчавка Мушкетова, алтайский пион гибридный и другие. Среднегорный лесо-кустарниково-луговой пояс образует лиственные и хвойные леса, кустарниковые заросли, злаково-разнотравные луговые и степные сообщества. На высоте 1500-2800 м над уровнем моря лиственные леса сменяются темнохвойными из ели Шренка. В подлеске невысокие деревья и кустарники: рябина тяньшанская, кизильник мелколистный, жимолость Карелина, шиповник Альберта, ива алатавская, малина, смородина. Высокотравяные горные луга - в межгорных долинах и лесных полянах, где растут: золотая розга, борщевик, борец, герани, лютики, осоки. Высокогорный луговой и лугово-степной пояс со злаково-разнотравными лугами - это альпийские луга на водораздельных частях горных массивов. Снежные вершины и ледники - ледниково-скальный пояс, около ледников на фирменных полях, моренах, скалах, каменистых склонах и осыпях развиваются мхи и лишайники. На скалах и каменистых склонах растут: радиола ярко-красная, эдельвейсы, ... На высоте около 4000 м цветковые растения замирают. Там находится царство скал, осыпей, снега и льда.

Флора национального парка насчитывает много редких эндемичных видов. В Красную книгу Казахстана занесено 39 видов травянистых, кустарниковых и древесных растений. Среди них древней формы формы цветковых - два вида тюльпанов и по одному ириса и пиона. Кстати именно из Заилийского Алатау, по мнению историков, тюльпан в средние века по Шелковому пути попал в Голландию, где сейчас признан символом страны.