В растительном покрове заповедника господствуют леса (93,7 % его общей площади). На материковом участке наибольшую площадь занимают леса с преобладанием липы мелколистной (10 851 га), на втором месте — осинники (5368 га). Сосновые леса (1811 га) встречаются почти исключительно в горной части, на наиболее крутых склонах и гребнях гор. Довольно много дубовых лесов (1664 га), обычны также березняки (1071 га) и леса с преобладанием клена остролистного (481 га). В пойменной части наибольшую площадь занимают леса с преобладанием осокоря, или черного тополя (113 га), встречаются леса с доминированием вяза гладкого (36 га), ольхи черной (13 га) и ветлы, или ивы белой (12 га).
В условиях горного ландшафта сохранилось больше всего естественных фитоценозов, среди которых издавна привлекали внимание ученых горные остепненные боры и каменистые степи Жигулей. Именно с этими типами растительности связана большая часть реликтов и эндемиков жигулевской флоры. Хотя каменистые степи занимают в заповеднике всего около 200 га, они отличаются исключительным разнообразием растительности и богатством флоры. Достаточно сказать, что на участках каменистых степей, занимающих менее 1% площади заповедника, произрастает более половины всех видов. Для каменистых степей характерна сложная временная ярусность, по нескольку раз в месяц меняется их цветовой наряд. На отдельных участках за вегетационный период отмечалось до 10 различных аспектов — от белоснежных апрельских ковров в массе цветущей шиверекии подольской до позднелетнего сиреневого аспекта цветущего тимьяна.
При всем многообразии каменистых степей их можно подразделить на 5 основных группировок: седое розеточное разнотравье (с васильком сумским, наголоваткой паутинистой); высокотравье (с полынью Маршалла, васильком русским, качимом высочайшим и др.); кустарниковую степь (с чилигой, вишней степной и другими степными кустарниками); разнотравно-злаковую степь (с ковылем перистым, овсецом пустынным и др.); растительность скал с обнажений (с комплексом накипных лишайников, эфедрой, кизильником черноплодным).
Большинство видов растений каменистых степей участвует в формировании нижнего яруса соседствующих со степями горных боров. Однако их травяно-кустарничковый ярус существенно отличается от этого яруса в каменистой степи. В частности, только в нижнем ярусе горных боров встречается толокнянка, по которой выделяется особый тип леса — горный бор с толокнянкой. На участках открытых каменистых степей толокнянка не встречается, хотя иногда образует хорошо развитые синузии в местах с нарушенным естественным покровом — на обочинах дорог, проходящих по гребням гор. Среди горных боров Жигулей преобладают чистые сосняки, на более пологих склонах в них формируется второй древесный ярус с преобладанием березы и примесью клена остролистного, липы мелколистной. Подлесок в горных лесах бывает не всегда и, как правило, состоит из степных кустарников — чилиги, ракитника, вишни степной, терна, спиреи зверобоелистной. На платообразных участках и северных склонах подлесок становится гуще и разнообразнее за счет лесных кустарников — шиповника коричного, жимолости лесной, бересклета бородавчатого, калины обыкновенной.
Горные сосняки — низкопроизводительные (среднего бонитета) и средней полноты (преимущественно от 0,5 до 0,8), большого возраста (от 100 до 240 лет). Сосна характеризуется довольно хорошим плодоношением, однако из-за поедания урожая животными и сильной инсоляции почвы всходов бывает очень мало. Кроме того, как только сосенки поднимутся выше уровня снежного покрова, их начинает активно повреждать лось, поэтому естественных сосновых молодняков в Жигулях практически нет. Сохраняются лишь единичные деревца на крутых открытых склонах близ дорог.
Нередко с горными сосняками и каменистыми степями соседствуют дубовые криволесья. Они больше похожи на кустарниковые заросли, чем на лес. Дуб здесь отличается исключительно низкой производительностью, его росту препятствуют не только бедность почвы, недостаток увлажнения и суровый микроклимат, но и постоянное объедание побегов лосем.
Северные и более пологие южные склоны, так же как и днища оврагов, заняты преимущественно лиственным лесом с преобладанием липы, реже осины, клена и березы, а также дуба. Как примесь очень широко распространен ильм горный, нередко образующий второй древесный ярус, а иногда участвующий в первом ярусе. В качестве примеси в древостое встречаются рябина обыкновенная, ива козья, черемуха, яблоня лесная и клен татарский. В подлеске лиственных горных лесов обычны кустарники, среди которых всюду преобладает лещина обыкновенная.
Для лиственных лесов заповедника и в горной части, и на плато характерна захламленность и густой подрост клена остролистного. Обе эти особенности вызваны исключительно сильным повреждением дуба и клена морозами зимы 1978/79 г., что привело к усыханию и суховершинности этих деревьев. Разреживание полога леса за счет отмирания крон дуба и клена способствовало усиленному росту всходов клена, в массе появившихся после чрезвычайно высокого семеношения клена в 1977 и 1978 гг. Усыхание дуба и клена в лесах Жигулей и плато Самарской Луки повлияло не только на жизнедеятельность древесно-кустарникового яруса. Разреживание полога леса привело к более мощному росту травянистых растений, не только цветущих ранней весной (ветреницы алтайская и лютиковая, медуница мягкая, чина весенняя, первоцвет крупночашечный), но и растений, обычно под пологом леса цветущих и плодоносящих очень слабо (ландыш, сныть). Коснулось это не только фоновых, но и редких видов: начиная с 1979 г. возросла численность и стали обильнее цвести и плодоносить некоторые орхидные: дремлик темно-красный, дремлик широколистный, пыльцеголовник красный.