Леса национального парка представляют собой восточную окраину Брянского и Калужского лесных массивов. Общая площадь национального парка составляет 77 745 га, в том числе земли лесного фонда - 33032 га. Это самый крупный лесной массив Орловской области. Покрытые лесом земли представлены преимущественно насаждениями естественного происхождения. Леса национального парка «Орловское полесье» распределяются по территории следующим образом: в южной части на зандровых песках преобладают сосновые леса; в центральной части распространены смешанные и хвойные леса, в пойме р.Вытебеть встречаются фрагменты дубрав; для северной части характерны лиственные и смешанные леса, приуроченные к серым лесным почвам,  реже - чистые ельники и сосняки.
«Орловское полесье» находится на стыке двух природно-климатических зон - широколиственных лесов и лесостепи. Ельники-зеленомошники, боры-долгомошники, липняки и дубравы соседствуют друг с другом на территории парка. В состав древесного яруса смешанных лесов в различных сочетаниях входят сосна обыкновенная, ель европейская, дуб черешчатый, береза, липа, осина, клен платанолистный, реже - ясень обыкновенный и ольха клейкая.
Из 925 видов сосудистых растений флоры более четверти представлено редкими и нуждающимися в охране видами. Только на территории «Орловского полесья» встречается более 30 редких и охраняемых растений, пока не отмеченных в других районах области. Причины их редкости различны: удаленность от своего сплошного ареала или нахождение на его границе, приуроченность к специфическим местообитаниям, схожесть с похожими обычными видами, сбор декоративных и лекарственных растений и др. На нынешней территории парка до его создания активно велись мелиоративные и лесохозяйственные работы, что тоже привело к уменьшению численности многих видов лесных и болотных ценозов, к обеднению пойменных лугов. Поэтому создание национального парка с соответствующим режимом охраны территории стало необходимо и своевременной мерой для сохранения уникальных природных комплексов долины р.Вытебеть, участков южнорусской тайги и пойменных дубрав, широколиственных лесов и сфагновых болот.

Растения, занесеные в Красную книгу РФ (2008г.) 4 вида: Fritillaria meleagris - рябчик шахматный, Dactylorhiza majalis - пальчатокоренник майский, Dactylorhiza traunsteineri - пальчатокоренник Траунштейнера, Neottianthe cucullata - неоттианта клобучковая.

Занесены в Красную книгу Орловской области (2007г.) 23 вида: Fritillaria meleagris - рябчик шахматный, Festuca altissima - овсяница высокая, Lilium martagon - лилия сарнка, Gladiolus imbricatus - шпажник черепитчатый, Platanthera chlorantha - любка зеленоцветковая, Dactylorhiza majalis (baltica auct.) - пальчатокоренник балтийский, Dactylorhiza fuchsia - пальчатокоренник Фукса, Dactylorhiza traunsteineri - пальчатокоренник Траунштейнера, Nymphaea candida - кувшинка белоснежная, Anemone nemorosa - ветреница дубравная, Pulsatilla patens - прострел раскрытый, Trollius europaeus - купальница европейская, Corydalis cava - хохлатка полая, Corydalis marschalliana - хохлатка Маршалла, Viola uliginosa - фиалка топяная, Daphne mezereum - волчеягодник обыкновенный, Circaea lutetiana - двулепестник парижский, Trapa natans - рогульник плавающий, Sanicula europaea - подлесник европейский, Hottonia palustris - турча болотная, Digitalis grandiflora - наперстянка крупноцветковая, Campanula latifolia - колокольчик широколистный, Scorzonera purpurea - козелец пурпурный.