保护区内有高等植物690种，植物区系组成不仅丰富，具有明显的过渡性，而且分布有显著的规律性。
（1）1900米以下为山地灌丛林，有蒙古植物区系的蒙古扁桃、沙冬
贺兰山自然保护区
青、蒙古莸等。
（2）2000～2400米主要成分为华北区系植物，如油松、虎榛子、矮卫矛等。
（3）2500米以上为青藏高原区系植物，如青海云杉、高山、柳类。
保护区植被从下向上垂直分布序列为：
（1）海拔1500米以下为山麓草原化荒漠带
（2）海拔2000～2400米为油松、山杨混交林，有时有青海云杉、白桦、杜松、山柳等树种混入。
（3）海拔2400～3000米为青海云杉纯林。
（4）海拔3000～3500米为亚高山灌丛草甸带。
森林中青海云杉林占林区面积一半以上。
贺兰山特有种和特有变种10种，如斑子麻黄、贺兰山棘豆、单小叶棘豆、贺兰山麦瓶草；特有变种，贺兰山稀花紫莲、贺兰山翠雀花、紫红花大萼铁线莲、大叶细裂槭、贺兰山丁香等。此外，贺兰山也是模式标本产地，从这里采集、命名的植物模式标本有33种。
明晰的森林植被类型，垂直空间变化的序列，显示出典型温带干旱、半干旱山地的特殊植被景观，是中国西北地区较少有的自然历史“本底”。它是研究中国西北山地森林生态系统、植被更新与演替等的一个保留较完整的天然科研基地。
植物种类相对丰富，区系成分多样，具有多种经济植物。同时也是一个天然的种质资源宝库。贺兰山现有野生植物690种，隶属80科、324属。其中种子植物占绝大部分，共678种，占中国种子植物总数的2.8%。在较多的植物种类中，拥有很多经济植物，仅药用植物就有310余种，其它诸如牧草、防沙、治沙、油料等植物，均不在少数。通过对贺兰山植物区系的分析，可知其组成复杂，属的分布类型多样，而且是多种区系的汇集地。就属的分布区类型而言，在中国15个分布区类型、31个变型中，贺兰山就占有14个类型、13个变型。在各种类型中以各种温带分布类型比例最多，地中海区分布类型次之。从而决定了贺兰山植物区系的温带性质和兼具地中海区系的色彩，同时也反映出该区系的广泛联系性和复杂分布类型的过渡特点。按照中国植物区系的分区，贺兰山位于泛北极植物区、亚洲荒漠植物亚区、中亚东部地区的西南蒙古地区，从贺兰山基带的植物区系组成上分析，基本上与这一亚地区是吻合的。但因山岳地带的特殊性，致使贺兰山植物区系除了占优势的蒙古成分外，又有华北、青藏等多种成分出现，使其成为一个多种区系成分的汇集地。
从区系成分上看，蒙古成分虽占据主要地位，但由于生态环境支配地位的主要是青藏和华北成分，如青海云杉、油松、灰榆、山杨、虎榛子、杜松等，它们占据了贺兰山森林植物群落的广阔面积和最大优势度，几乎占总面积的50%以上。
贺兰山没有特有科、特有属，仅有10个特有种，7个特有变种。它们是处于具备特殊自然条件的贺兰山山体内，受复杂多变、差异悬殊的地体因素和特定的宇宙因素作用的产物。尽管贺兰山特有成分数量还不算多，但就有限的山体范围而言，足以反映出该地区的特殊性。
