Согласно ботанико-географическому районированию растительность парка относится к Валдайско-Онежской подпровинции Североевропейской таежной провинции Евразиатской таежной провинции. В соответствии с зональной дифференциацией регион принадлежит к подзоне хвойно-широколиственных лесов. Растительность представлена четырьмя типами: лесным, луговым, болотным и водным.
В настоящее время на территории национального парка насчитывается около 710 видов сосудистых растений, что составляет почти 68% от флоры Ярославской области. Среди них 84 редких и нуждающихся в охране видов. Ряд видов произрастает близ границы своих ареалов – это манник дубравный (Glyceria nemoralis), полушник озерный (Isoetes lacustris) и др.
На территории парка отмечено 35 видов, взятых под охрану в Ярославской области. Шесть из них включены в Красную книгу Российской Федерации (1988): борец Флерова (Aconitum flerovii), венерин башмачок настоящий (Cypripedium calceolus), надбородник безлистный (Epipogium aphyllum), полушник озерный (Isoetes lacustris), полушник щетинистый (Isoetes setacea), офрис насекомоносная (Ophrys insectifera).
В качестве главных лесообразующих пород выступают мелколиственные породы – осина (Populus tremula) и береза (Betula pendula), a также хвойные – сосна (Pinus sylvestris) и ель (Picea abies). Небольшими участками встречаются дуб (Quercus robur), липа (Tilia cordata), ольха черная (Alnus glutinosa), ива козья (Salix caprea).
Коренные зональные сообщества: липово-еловые (Tilia cordata – Picea abies) на северо-западе и дубово-липово-еловые (Quercus robur -Tilia cordata – Picea abies) на юго-востоке бассейна оз. Плещеево. Вследствие хозяйственной освоенности территории в естественном состоянии они почти не сохранились, образовав ряд производных типов.
Основным производным типом липово-еловых лесов (Tilia cordata – Picea abies) являются березняки (Betula pendula) с кислицей (Oxalis acetosella) и черникой (Vaccinium myrtillus). Подлесок образован крушиной (Frangula alnus), рябиной (Sorbus aucuparia), жимолостью лесной (Lonicera xylosteum), лещиной (Corylus avellana), бересклетом бородавчатым (Euonyinus verrucosa).
В западной и северо-западной частях территории парка широко распространены сосняки (Pinus sylvestris) с кислицей (Oxalis acetosella) и черникой (Vaccinium myrtillus). Нередкими являются ельники-кисличники (Picea abies - Oxalis acetosella) с подлеском из рябины (Sorbus aucuparia), жимолости лесной (Lonicera xylosteum) и бересклета бородавчатого (Euonymus verrucosa). Незначительные площади занимают ельники липняковые (Picea abies – Tilia cordata) с кислицей (Oxalis acetosella) и черникой (Vaccinium myrtillus) и липняки (Tilia cordata) с елью (Picea abies) и снытью (Aegopodium podagraria). В ельниках (Picea abies) подлесок образован рябиной (Sorbus aucuparia) и крушиной (Frangula alnus), в липняках (Tilia cordata) – жимолостью лесной (Lonicera xylosteum), бересклетом бородавчатым (Euonymus verrucosa), лещиной (Corylus avellana), крушиной (Frangula alnus).
В приручьевых местообитаниях встречаются сообщества с дубом, березой и осиной.
В юго-восточной части бассейна наибольшее распространение получили зеленчуково-снытьевые осинники (Populus tremula – Galeobdolon luteum – Aegopodium podagraria) и зеленчуково-осоковые липово-дубовые леса (Tilia cordata – Quercus robur – Galeobdolon luteum).
Наиболее крупные болотные системы бассейна оз. Плещеево – Переславль-Усольская (включающая болотные массивы Купанское и Талицко-Плещеевское) и Берендеево болото. Обе системы подверглись осушению и торфоразработке, а также подвергались крупным торфяным пожарам.
Флористический состав луговых сообществ бассейна оз. Плещеево весьма разнообразен. Доминируют луга из щучки (Deschampsia cespitosa), в качестве содоминантов могут выступать овсяница луговая (Festuca pratensis), мятлик луговой (Роа pratensis), тимофеевка луговая (Phleum pratense), полевица тонкая (Agrostis tennis), клевер луговой (Trifolium pratense), тысячелистник (Achillea millefolium) и др.
Флора оз. Плещееве образует три группы: водных растений – 16 видов, воздушно-водных - 33 вида, растений влажных местообитаний - 34 вида. Площадь зарослей – 6% акватории озера. Наиболее активно зарастает западная и северо-западная части.
Степень антропогенной трансформации растительного покрова парка исключительно высокая. Поэтому, одной из главных задач парка, помимо инвентаризации ботанических объектов (редких видов, уникальных растительных сообществ), является экологическая реставрация нарушенных территорий - восстановление лесной и луговой растительности.

© Справочник "Национальные парки России". Москва: Изд-во Центра охраны дикой природы, 1996 г.