Świat roślinny Parku jest nieprawdopodobnie bogaty. Spośród około 2200 gatunków roślin naczyniowych Polski, tu występuje niemal połowa. Są to nie tylko gatunki właściwe Polsce środkowej, lecz także charakterystyczne dla pogórza, a także okolic nadmorskich.
Ze względu na znaczną dominacje terenów zalesionych (ponad 60%) Park Bolimowski jest w zasadzie parkiem leśnym. Lasy te, z pozoru jednolite i nieciekawe, tworzą w rzeczywistości mozaikę różnorodnych drzewostanów sosnowych z niewielkimi domieszkami brzozy, czasem osiki. Pojedynczo występują w nich dąb, grab, lipa i klon, rzadziej jesion. Sośniny te pokrywają duże połacie ubogich gleb, często porolnych. Żyźniejsze miejsca porastają fragmenty grądów lub resztki starych, ponad 150-letnich dąbrów, będących wspomnieniem dawnej świetności. W podmokłych zagłębieniach terenu, wzdłuż cieków wodnych, wokół oczek i starorzeczy wykształciły się olsy i łęgi.
Reżimy ochronne parku krajobrazowego nie są tak ścisłe jak w parku narodowym i dopuszczają działalność gospodarczą. Dlatego też nie należy się dziwić napotkanym w Puszczy Bolimowskiej dużym, często 4–6 hektarowym zrębom. Odnawiane są one sosną z niewielkim dodatkiem innych gatunków drzewiastych: brzozy, olszy, czasem dębu, modrzewia lub świerka.
Nie w piętrze drzew należy zatem szukać całego bogactwa i różnorodności flory, ale pod nim – w podszycie i runie, a także w nadrzecznych zaroślach i szuwarach, na śródleśnych polanach, bagniskach i wyrobiskach torfowych, na podmokłych łąkach i pastwiskach. Znaleźć tam można wiele gatunków objętych ochroną oraz uznanych za zagrożone i ginące. Należą do nich np.:
- rzadkie już w tej części Polski widłaki (wroniec widlasty, widłak jałowcowaty, widłak goździsty, widłak spłaszczony) rosnące na terenach leśnych,
- kolorowe storczyki (kukułki czy kruszczyki), kosaćce syberyjskie, mieczyki dachówkowate, nasięźrzały pospolite, goryczki wąskolistne czy staroduby łąkowe na wilgotnych łąkach.
Pospolita w Parku (i będąca jego symbolem) konwalia majowa pokrywa duże połacia lasu, tworząc tzw. „konwaliowiska”. Dość licznie występuje, widywany raczej w miejskich parkach, niż w lasach, oplatający drzewa i wysoko się wspinający bluszcz pospolity. Na wielu pniach spotkać można porosty, świadczące, notabene, o czystości powietrza.
Miłośników botaniki ucieszy na pewno bardzo rzadka, a przy tym najmniejsza na świecie roślina kwiatowa – wolfia bezkorzeniowa, którą znaleźć można w jednym ze starorzeczy Rawki, a także cytowana w wielu podręcznikach „żarłoczna” rosiczka okrągłolistna, trujący wawrzynek wilczełyko –kwitnący wczesną wiosną i tworzący w kilku miejscach nawet niewielkie skupiska czy tez pięknie kwitnąca lilia złotogłów. Prawdziwą rzadkością jest zimoziół północny – borealna, delikatna krzewinka, charakterystyczna dla tundry i mszystych lasów szpilkowych, mająca w Parku co najmniej 3 stanowiska. Do bardzo rzadkich już dziś roślin należy także pachnąca kumaryną turówka wonna, którą każdy kojarzy raczej z Puszczą Białowieską, niż z lasami Polski środkowej. Z innych – niegdyś dość pospolitych, a znajdujących przy tym zastosowanie praktyczne, warto wspomnieć m.in.: pierwiosnkę lekarską, marzankę wonną, kopytnika pospolitego, naparstnicę zwyczajną, mącznicę lekarską, czy wreszcie bagno zwyczajne, zwane popularnie „bagnem na mole”, służące dawniej właśnie do odstraszania moli.
