Растительный мир парка сложен более чем из 1200 видов растений, и по своему составу отражает разнообразие всего Северного Тянь – Шаня. В растительном покрове национального парка ярко выражена  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 фирновых  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 древнейшие 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.