Jeszcze dwieście lat temu zwarty las pokrywał zdecydowaną większość obszaru dzisiejszego Parku. Obecnie lasy są rozczłonkowane i przekształcone, zajmują one 3845 ha, co stanowi około 28% powierzchni Parku z otuliną. Największymi zwartymi kompleksami leśnymi w granicach PKWŁ są: Las Łagiewnicki (ok. 1200 ha), Las Janinowski (557 ha), Las Poćwiardowski (548 ha), uroczysko Tadzin-Szymaniszki (343 ha) i uroczysko Dobieszków (204 ha). W Lesie Łagiewnickim występują, najstarsze w Parku, 210 letnie drzewostany dębowe.
Najlepiej zachowane fitocenozy leśne występują w górnych odcinkach dolin Mrożycy, Grzmiącej (Mrożyczki), Młynówki (Strugi Dobieszkowskiej), Bzury i Łagiewniczanki. Na uwagę zasługuje m.in. największy w Polsce Środkowej kompleks bukowy Janinów, z drzewostanem nasiennym, w którym wiele drzew osiągnęło wiek dochodzący do 150 lat. W granicach PKWŁ stwierdzono następujące zbiorowiska leśne: bagienny las olszowy (ols) Ribeso nigri-Alnetum, łęg jesionowo-olszowy Fraxino-Alnetum, różne postaci (wilgotnościowo-troficzne) grądu Tilio-Carpinetum, dąbrowę świetlistą Potentillo albae-Quercetum petraeae, kwaśną buczynę Luzulo pilosae-Fagetum, dąbrowę kwaśną Calamagrostio-Quercetum petraeae, bór mieszany sosnowo-dębowy Querco roboris-Pinetum, bór sosnowy świeży Leucobryo-Pinetum i zajmujący niewielkie powierzchnie bór sosnowy suchy Cladonio-Pinetum. Występują tu również liczne zbiorowiska leśne zastępcze, ukształtowane w wyniku różnorodnych form użytkowania szaty roślinnej.
Ze strefą krawędziową Wzniesień Łódzkich związane są granice zasięgów geograficznego występowania ważnych gatunków drzew lasotwórczych: jodły pospolitej Abies alba (granica północna), klonu jawora Acer psudoplatanus i buka zwyczajnego Fagus sylvatica(granica północno-wschodnia) oraz świerka pospolitego Picea abies proweniencji południowej (granica północna). Zbierane na terenie Lasu Janinowskiego nasiona buka są następnie wysiewane w szkółkach leśnych w celu wyhodowania sadzonek, służących do odnawiania drzewostanów bukowych i zalesień w naszym regionie.
Flora Parku jest bogata i zróżnicowana. Stwierdzono tu występowanie 735 gatunków roślin naczyniowych (tj. łącznie paprotników i roślin kwiatowych). Występuje tu 71 gatunków, które zaliczone zostały do listy zagrożonych w skali regionu oraz kilka znajdujących się w „Polskiej czerwonej księdze roślin” (m.in. rzadki gatunek storczyka - żłobik koralowy Corallorhiza trifida). Stwierdzono tu obecność 39 gatunków roślin prawnie chronionych, w tym 24 podlegających ochronie ścisłej oraz 15 chronionych częściowo. Niektóre gatunki są niezwykle rzadkie – posiadają zaledwie pojedyncze stanowiska na terenie Parku. Do grupy tej należy np. wroniec widlasty Huperzia selago - gatunek reglowy (górski), towarzyszący jodle i bukowi. Na terenie PKWŁ napotkać można także rzadkie rośliny zarodnikowe, na przykład chronione gatunki grzybów (m.in. szmaciaka gałęzistego, sromotnika bezwstydnego, piestrzenicę kasztanowatą) i porostów. Wśród upraw zbóż i okopowych na terenie Parku występuje bogata flora segetalna, w tym około 30 gatunków chwastów zagrożonych wyginięciem.
