На территории заповедника выявлено около 480 видов высших сосудистых растений и около 200 видов грибов и лишайников.
Во флоре заповедника много реликтовых видов растений, арктоальпийских и южнотаежных. Восьмилепестковая дриада, бартсия альпийская, арктоус, ива сетчатая и другие растения — арктоальпийские реликты. Во времена валдайского оледенения эти растения обитали в окололедниковой зоне, в полосе моховых и кустарничковых тундр. С наступанием ледника продвигались к югу и его спутники-растения. После отступания ледника началось заселение территории растениями умеренных широт. Растения-спутники ледника сохранились лишь там, где из-за суровых условий обитания у них не было конкурентов: вблизи ледников в высокогорьях и в современных полярных областях. В заповеднике они растут на бесплодных скалах и осыпях каньона Сотки. На выровненных местах господствуют бореальные, таежные виды, вытеснив оттуда аркто-альпийские. Но на камнях, открытых всем ветрам, в том числе и сквознякам из пещер, в недрах которых царит холод, арктоальпийским реликтовым растениям конкурентов нет.
Многие виды этой группы в арктической части их ареалов циркумполярны, т. е. распространены сплошной полосой в Евразии и Северной Америке. Таковы ива сетчатая, дриада восьмилепестковая, арктоус альпийский, тофиельдия крошечная.
Коротким северным летом на некошеных заповедных лугах в конце июня привлекают внимание крупные малиновые, а иногда почти бордовые цветы над купами широких, глубоко рассеченных листьев. Густые куртины, а местами обширные заросли выделяются пышностью цветов и яркой зеленью. Это цветет марьин корень, южнотаежный вид сибирского происхождения. Исчезая по всей Архангельской области, в заповеднике этот пион, вероятно, сохранится. В группу южнотаежных реликтов сибирского происхождения входят и многие другие виды, прежде всего ель сибирская — основная лесообразующая порода заповедника. На припойменных участках ветви елей увиты плетями единственной лианы Севера, княжика сибирского — его крупные белые цветы украшают ель будто бумажные фонарики. Южнотаежными видами являются и латук сибирский, мятлик расставленный, хохлатка дымянкообразная и растущая на озерах малая кубышка. Предполагают, что эти растения проникли так далеко на север в период максимального потепления климата 5—6 тыс. лет назад.
Есть во флоре Пинежского заповедника и эндемики Северо-Востока европейской части нашей страны. Это гирчовник северный, тимьян Талие-ва (встречается еще и на Урале), мятлик Танфильева, качим уральский. Особенно интересен качим. Растение было найдено Е. В. Симачевой в 1981 г. в единственном месте, на слабоподвижной осыпи по левому берегу Сотки.
В заповеднике довольно обычны северные орхидеи — дремлик темно-красный, тайник сердцелистный, калипсо луковичная и башмачок настоящий. Они растут в местах, где близко к поверхности залегают пермские осадочные породы. Башмачок настоящий, часто называемый венериным башмачком, в заповеднике достаточно многочислен.
Роль заповедника в сохранении генофонда растений безусловно велика. Из цветковых растений 3 вида занесены в Красные книги РСФСР и СССР: башмачок настоящий, пион уклоняющийся (марьин корень), гирчовник северный. По мнению Е. В. Симачевой, 74 вида растений из найденных в заповеднике подлежат тщательному изучению, являясь редкими или реликтовыми. Во флоре заповедника 17% видов, нуждающихся в охране в Архангельской области.
Основной тип растительности района заповедника — леса. Среднее Пинежье находится в Восточно-Европейской провинции подзоны северной тайги, а также на стыке наиболее характерных для севера Архангельской области лесорастительных районов. Около 25% лесов — коренные в естественном состоянии, а остальные — производные, на местах рубок и пожаров.
Леса занимают 91% площади заповедника. Преобладают здесь ельники из ели сибирской (72,5%), меньше — сосняков (16%), березняков (7%) и лиственничников (4,6%). Распределение типов леса тесно связано с рельефом и литологией подстилающих пород, большую роль играет степень заболоченности. На участках карстового ландшафта заболоченность незначительна — около 1 %. В местах с редкими и глубокими карстовыми воронками преобладают мелкотравно-черничные ельники с примесью лиственницы. Между воронками распространены черничные леса, по склонам воронок — широкотравные луга. В местах с частыми и неглубокими воронками нередки смешанные мелкотравно-черничные леса. На участках с песчаными грунтами преобладают брусничные сосняки и сосново-лиственничные леса. Дно узких, глубоко врезанных логов и долин ручьев занято логовыми разнотравными ельниками. По обрывистым скалистым берегам каньона Сотки кое-где сохранились коренные лиственничные леса, нередко со значительной примесью сосны. Лиственницы высотой 21—26 м и диаметром 28—38 см образуют верхний ярус, ель и сосна высотой 17—20 м и диаметром 22—26 см — второй ярус. Сибирская лиственница в заповеднике находится близ северо-западной границы своего ареала. Лиственничные корабельные рощи Пинежья привлекали внимание Петра I в связи со строительством российского флота. Заповедник — одно из немногих мест, где эти рощи сохранились. Из архангельской лиственницы создана и знаменитая Линдуловская роща под Ленинградом, посаженная еще во времена Петра I. Лиственница отличается прочной древесиной и быстрым ростом, достигает высоты 24— 30 м там, где ель и сосна редко бывают выше 17—20 м. В Скандинавских странах наша лиственница оказалась одной из наиболее ценных пород для лесоразведения. Распространение лиственничников тесно связано с карстовым ландшафтом. Отдельными пятнами и островками вкраплены они в темный фон ельников по кромке скал каньона, по непроходимым участкам глыбового карста, крутым склонам карстовых воронок, каменистым бесплодным местам. Лиственница не выносит затенения и растет только там, где ель нежизнеспособна и не создает ей губительной тени.
На выровненных участках распространение лиственницы связано с гарями, где она успешно возобновляется, успевает обогнать в росте березу и ель, и громадные вековые лиственницы бывают почти вдвое выше полога елового леса.
Березняки на территории заповедника преимущественно производные. В Голубинском лесничестве более половины лесов представлено такими березняками на старых гарях и вырубках. Встречаются участки березняков и в долине Сотки.
Естественные лесные сукцессии на территории заповедника еще не изучены. Можно предположить, что здесь, как и на прилегающих площадях, имеют место очень медленные экзогенные и сингенетические сукцессии, в которых участвуют две ведущие лесообразующие породы: сибирская ель и сибирская лиственница. На участках плато ель крайне медленно вытесняет лиственницу в процессе конкуренции за свет. В таких местах обычно очень разрежен первый ярус из лиственницы и сомкнут второй ярус из ели. При этом лиственница под пологом ели практически не возобновляется. При неизменности условий тут неизбежна сукцессия лиственнично-елового ценоза в чисто еловый. В плакорных условиях лиственнице помогают сохраняться лесные пожары: толстая кора предохраняет эти деревья от огня; на гарях обильно высеваются ее семена и хорошо идет возобновление. Благодаря быстрому росту лиственница выходит в первый ярус, обогнав березу и ель, уйдя от конкуренции за свет. В результате таких пирогенных смен возникают и поддерживаются сложные лиственнично-еловые сообщества на плакорах. Пожары, по-видимому, в течение тысячелетий были благоприятным фактором для светолюбивой лиственницы. Однако в заповеднике, где установлен жесткий противопожарный контроль, в естественных насаждениях лиственница доминирует только на скалах по бортам каньона, где всегда достаточно света.
Луговая растительность занимает в заповеднике незначительные площади. Луга (по-местному — «пожни») большей частью пойменные и приурочены к долине Сотки. Во время максимального развития, в июле, они поражают высотой и красочностью травостоя. Здесь часто встречаются полутораметровые живокость высокая и борец высокий, метровый раскидистый василистник. Густота травостоя увеличивается из-за обилия вьющихся растений — мышиного и заборного горошков, чины луговой. Обычны на лугах купальница европейская, гравилат речной, смолевка обыкновенная, вероника дубравная, герань лесная. Кое-где по лугам встречаются большие заросли яркого марьина корня.
Пойменные луга часто бывают отделены от русла реки узкой полоской ольшаников с черемухой и смородиной. Суходольные луга нетипичны для заповедника. Болота занимают значительные площади и представлены верховыми сфагновыми комплексами.

© Шалыбков А.М., Байдерин В.В., Рыков А.М., Горячкин С.В., 1988 г.