Парк расположен в пределах степной зоны, на границе подзон луговых и настоящих умеренно-засушливых степей. Здесь вдоль Волги проходит граница между Понтийской и Заволжско-казахстаиской степными провинциями. Близость Волги, сложный рельеф и климатические особенности определяют возможность развития здесь лесной растительности, а также наличие многих редких и эндемичных растений и редких растительных сообществ.
Флора парка пока изучена недостаточно полно. По-видимому, она составит не менее 800-900 видов. Столь высокое флористическое разнообразие определяется разнообразием местообитаний и растительных сообществ, формирующихся здесь – лесных, степных, меловых обнажений, лугов, степных сенокосов и пастбищ, залежей и старых плантаций, водоемов и пр. С этим связано и разнообразие представленных в лесных экосистемах редких растений. В Красную книгу Российской Федерации занесены встречающиеся здесь: волчеягодник боровой (Daphne cneorum), венерин башмачок настоящий (Cypripediuin calceolus), иссоп меловой (Hyssopus cretaceus), пион тонколистный (Paeonia tenuifolia), ковыль перистый (Stipa pennata), сосна, произрастающая на меловых обнажениях (Pinus sylvestris L. var. cretacea Kalenicz. ex Кот.) и представляющая собой уникальную форму, входящую в качестве охраняемой в списки редких видов страны. Ряд видов входит в региональные списки редких растений: лунник оживающий (Lunaria rediviva), палыдекорник Фукса (Dactylorhiza fuchsii), адонис весенний (Adonis vernalis) и другие.
Леса представлены смешанными дубово-липовыми (Quercus robur, Tilia cordata) и сосново-широколиственными лесами (Pinus sylvestris, Q. robur). Основной лесообразующей породой является дуб черешчатый (Q. robur) – 8,9 тыс. га (39% лесного фонда), а также липа (Tilia cordata) – 6,9 тыс. га (30%). Хвойные породы в основном представлены сосной (P. sylvestris) – 4,9 тыс. га (21,4%). Кроме того, в составе насаждений присутствуют ясень (Fraxinus excelsior), клен платановидный (Acer platanoides), вяз голый (Ulmus glabra), береза повислая (Веtula pendula), осина (Populus tremula), ольха черная (Alnus glutinosa) и тополь черный (Populus nigra). На выходах меловых пород произрастают естественные сосновые леса, древостой которых образован меловой формой сосны обыкновенной (Pinus sylvestris var. cretacea). Под ее пологом обычен подлесок из бересклета бородавчатого (Euonymus verrucosa), лещины (Corylus avellana), ракитника русского (Chamaecytisus ruthenicus). Старые дичающие плодовые сады, расположенные лентами на склонах, прилегающих к восточной границе леса, образуют своеобразные культурные лесные массивы. Из травянистых растений под пологом леса сравнительно широко распространены сныть (Aegopodium podagraria), ландыш (Convallaria majalis), купена многоцветковая (Polygonatum multiflorum), осока стоповидная (Сагех pediformis), земляника зеленая (Fragaria viridis).
Практически весь набор экосистем, сохраняемых в национальном парке – сосновые и дубовые леса, фрагменты степей, сообщества меловых обнажений и др. – представляют собой ценные для изучения и охраны ботанические объекты. В процессе будущих инвентаризационных и мониторинговых работ состав редких видов и экосистем парка может быть уточнен.
© Справочник "Национальные парки России". Москва: Изд-во Центра охраны дикой природы, 1996 г.