Botanicky celé území CHKO spadá do samostatného fytogeografického okresu Český kras. Složení květeny a vegetace zde bylo a je ovlivněno pestrým geologickým (převážně vápencovým) podkladem, specifickou geomorfologií krajiny, sousedstvím teplejších a sušších regionů xerotermní květenné oblasti a v neposlední řadě i lidskou činností a osídlením. Krasový fenomén souvisí se zvláštním zvětráváním vápenců a jejich jednostranným chemismem, stejně jako se specifickým vývojem půd. Říční fenomén Berounky a jejích větších přítoků zvyšuje celkovou stanovištní pestrost a znásobuje účinek krasového fenoménu.
Pro oblast je charakteristický výskyt teplomilných a suchomilných submediteránních druhů rostlin a vedle toho také druhů středoevropské lesní květeny. U některých druhů probíhá Českým krasem hranice jejich rozšíření, například u čilimníku řezenského (Chamaecytisus ratisbonensis) nebo zimostrázku alpského (Polygala chamaebuxus). Jiné zdejší druhy jsou vzácné, ohrožené nebo omezeně rozšířené z hlediska České republiky nebo celé Evropy, např. rudohlávek jehlancovitý (Anacamptis pyramidaliis) včelník rakouský (Dracocephalum austriacum), hlaváček jarní (Adonis vernalis), trýzel škardolistý (Erysimum crepidifolium), kavyl tenkolistý (Stipa tirsa), hadí mord nachový (Scorzonera purpurea). V šipákových doubravách a na skalních stepích roste apomiktický jeřáb krasový (Sorbus eximia), endemit Českého krasu.
Český kras je jediným větším vápencovým územím v České kotlině, na němž jsou v úplných vývojových sériích a ekologických řadách vyvinuta společenstva světlomilných xerofilních rostlin.
Vegetace skal a skalních stepí je zastoupena na dvou extrémních typech stanovišť. Strmé, především k jihu exponované skalní stěny hostí z nápadných a dnes většinou ohrožených druhů např. koniklec luční český (Pulsatilla pratensis subsp. bohemica), kosatec bezlistý (Iris aphylla), chrpu chlumní (Cyanus triumfettii), tařici skalní (Aurinia saxatilis), devaterník šedý (Helianthemum canum), včelník rakouský (Dracocephalum austriacum), bělozářku liliovitou (Anthericum liliago), lociku vytrvalou (Lactuca perennis) a další. Vlhčí a stinné vápencové stěny a srázy poskytly útočiště druhům s optimem rozšíření v evropských horách. Pro tato společenstva je charakteristický výskyt pěchavy vápnomilné (Sesleria caerulea), lomikamene vždyživého (Saxifraga paniculata), l. trsnatého (S. rosacea), dvojštítku hladkoplodého (Biscutella laevigata) a hvozdíku sivého (Dianthus gratianopolitanus).
Na hlubších půdách se vlivem lidské činnosti - odlesněním a pastvou – vyvinuly suché trávníky. V nich dominují statné trávy jako jsou kavyly (především kavyl Ivanův – Stipa pennata) nebo válečka prapořitá (Brachypodium pinnatum) a sveřep vzpřímený (Bromus erectus). V případě opuštění pastevního obhospodařování tyto dominantní trávy převládnou na úkor především různobarevně kvetoucích bylin, v pozdější fázi tyto trávníky zarůstají křovím a mění se pozvolna v les.
Přechodem k lesní vegetaci jsou šipákové doubravy s dřínem Lathyro versicoloris-Quercetum pubescentis. Tvoří rozvolněné, většinou zakrslé porosty na velmi mělkých půdách vápenců. Kromě dubu pýřitého (Quercus pubescens) v nich roste řada dřevin převážně keřového vzrůstu, jako jsou jeřáb muk (Sorbus aria) a jeřáb břek (Sorbus torminalis), dřín jarní (Cornus mas), svída krvavá (Cornus sanguinea), ptačí zob obecný (Ligustrum vulgare), dřišťál obecný (Berberis vulgaris), řešetlák počistivý (Rhamnus cathartica) a další. V bylinném patře se z nápadných druhů vyskytuje např. třemdava bílá (Dictamnus albus), sasanka lesní (Anemone sylvestris), hrachor panonský chlumní (Lathyrus pannonicus subsp. collinus), kamejka modronachová (Lithospermum purpurocaeruleum) nebo vstavač nachový (Orchis purpurea).
Na šipákové doubravy navazují na plošinách s odvápněnou půdou mochnové doubravy Potentillo albae–Quercetum s acidofilními druhy, např. s kostřavou ovčí (Festuca ovina), a souborem druhů, které indikují jílovité nepropustné půdy, jako je mochna bílá (Potentilla alba), srpice barvířská (Serratula tinctoria), bukvice lékařská (Betonica officinalis) či svízel severní (Galium boreale).
Z lesních společenstev jsou nejrozšířenější habrové doubravy Melampyro nemorosi-Carpinetum s výskytem četných vzácnějších druhů rostlin, např. lilie zlatohlavé (Lilium martagon), medovníku meduňkolistého (Melittis melissophyllum), lýkovce jedovatého (Daphne mezereum), z orchidejí např. okrotice dlouholistá (Cephalanthera longifolia), prstnatce bezového (Dactylorhiza sambucina) a vemeníku dvoulistého (Platanthera bifolia). V rezervaci Karlštejn a v Karlickém údolí se v nepočetných populacích vyskytuje i zvonovec liliolistý (Adenophora liliifolia).
Plošně mnohem menší jsou zbytky vápnomilných bučin Cephalanthero-Fagenion s charakteristickým výskytem okrotice červené (Cephalanthera rubra). Buk lesní (Fagus sylvatica) v těchto lesích v rámci svého přirozeného rozšíření dosahuje nejnižší nadmořské výšky ve středních Čechách.
Na strmých svazích s hrubou sutí rostou javory mléč (Acer platanoides), j. klen (A. pseudoplatanus) , lípa velkolistá (Tilia platyphyllos), někdy je vtroušen buk, v podrostu líska (Corylus avellana), bez černý (Sambucus nigra), srstka angrešt (Ribes uva-crispa) a rybíz alpínský (R. alpinum). Nápadný je v nich především jarní aspekt v podrostu s dymnivkou dutou (Corydalis cava) a d. bobovitou (C. intermedia), jaterníkem podléškou (Hepatica nobilis), orsejem jarním hlíznatým (Ficaria verna subsp. bulbifera), kyčelnicí devítilistou (Dentaria enneaphyllos), pitulníkem žlutým (Galeobdolon luteum), vzácněji s omějem vlčím morem (Aconitum lycoctonum).
Vzhledem k propustným horninám a půdám se v Českém krasu nevyvinula rozsáhlejší mokřadní společenstva. Břehy řeky Berounky lemují pobřežní společenstva s chrasticí rákosovitou (Phalaris arundinacea) a porosty vrb (Salix spp.). Podél některých širších potočních údolí vznikly při pravidelném obhospodařování blatouchové a ovsíkové louky.
Vápencový podklad a pestrost stanovišť umožňuje výskyt více než 330 druhů mechorostů. Téměř čtvrtina z nich patří mezi ohrožené druhy. Na výslunných skalách a stepích jsou často zastoupeny druhy submediteránní, jako např. mozolka vonná (Mannia fragrans) nebo třásnatka šupinatá (Crossidium squamiferum). Na zastíněných skalách a sutích rostou i ohrožené druhy vápnomilka přerušovaná (Pedinophyllum interruptum), podhořanka lesklá (Porella arboris-vitae) a mnohé další. Zajímavým fenoménem jsou společenstva pěnovcových kaskád na potocích v krasových roklích, kde se mechorosty podílejí jako živá složka na jejich tvorbě. Nacházíme zde např. hrubožebrec proměnlivý (Palustriella commutata) nebo pobřežnici Fabbroniovu (Pellia endiviifolia).
Český kras je známý také výskytem mnoha vzácných lesních a xerotermních druhů hub. Časně zjara v lesích nalezneme nápadný ohnivec rakouský (Sarcoscypha austriaca), v dubnu a květnu kačenku českou (Verpa bohemica), v dubohabrových lesích se tu a tam vyskytuje ohrožený hřib satan (Boletus satanas), mnohem vzácnější je lanýž letní (Tuber aestivum) nebo muchomůrka císařka (Amanita caesarea). Zejména ve vlhkých suťových lesích a bučinách roste množství dřevních hub.