Il Sulcis ricade pienamente nella regione mediterranea e più in particolare nella subregione mediterraneo-occidentale. Il 75% della flora è costituito da piante mediterranee ed il 18% da specie del mediterraneo occidentale.
La flora endemica presenta l'8% del totale ed evidenzia una dominanza delle entità sardo corse per il 31% e di quelle sarde per il 29% . Questi dati confermano che ci troviamo nella provincia corologia (la corologia è la scienza attraverso cui si definisce la distribuzione delle piante e degli animali sulla terra) sardo corsa e più in particolare nella sub-provincia sarda.
La flora del parco di annovera attualmente ha 841 specie di cui 65 endemiche (il suo areale di distribuzione è molto ristretto e la diffusione risulta limitata). Tra queste le più rappresentative sono l'armeria sulcitana Arrigoni.
Lo spillone del Sulcis e l'elicriso del Monte Linas sono caratteristici degli ambienti rupicoli delle cime più elevate, il salice di Arrigoni è diffuso lungo i torrenti e sulle sorgenti a tutte le quote, l'ofride di Woodi è rarissima e localizzata solo nella valle di Gutturu Mannu.

Interessanti sono anche per le splendide fioriture
· il Pancratium illyrium (giglio di Sardegna)
· Il Crocus minimus (zafferano minore)
· la Barbarea rupicola Moris (erba di Santa Barbara sarda)
· la Genista corsica (Loisel).

Numerosissime sono le specie arboree o arbustive di interesse fitogeografico (la fitogeografia è la parte della corologia che riguarda i vegetali) o rare nell'area del parco. Tra le tante ricordiamo L'Ilex aquifolium (agrifoglio) , il Laurus nobilis (alloro).

Il bosso delle Baleari è noto per la località di Barbusi e tale stazione rappresenta la più orientale e l'unica conosciuta per l'Italia. Il tasso si riviene neo canaloni del Monte Lattias e del Monte Santo di Pula in quest'ultima località è presente anche l'agrifoglio.