Рослинність національного природного парку представлена псамофітно-степовою, лучною, болотною, солонцевою і солончаковою , а також вищою водною. Значні площі займають штучні насадження дерев та кущів.

Флора парку включає близько 500 видів вищих спорових (252 родини)і судинних рослин (72 родини). Високою є питома вага ендемічних і субендемічних видів. Їх на острові нараховується 54. (10,82% всієї флори).

До Червоної книги України занесено 21 вид судинних рослин, у т.ч.: волошка короткоголова, гвоздика бесарабська, зозулинець блощичний, зозулинець болотний, зозулинець рідкоквітковий, зозулинець розмальований, зозулинець салеповий, золотобородник цикадовий, катран понтійський, ковила волосиста, ковила дніпровська, коручка болотна, люцерна приморська, меч-трава болотна, холодок прибережний.

До Європейського Червоного списку занесено гвоздику бесарабську, покісницю сиваську, содник ягодоносний, холодок прибережний.

Рослинність острова Джарилгач представлена псамофітною, псамофітно-степовою, лучною, болотною, солонцевою і солончаковою. Синантропна рослинність в значній мірі представлена деревними та чагарниковими насадженнями, зокрема це лох вузьколистий, лох сріблястий, тамарикс галузистий, в`яз низький, тополі чорна та біла, акація біла. Навколо маяків зростає смородина золотиста. Рослинні комплекси острова представлені піщаними терасами з розрідженим рослинним покривом, за якими розпочинаються засоленні пониження, де переважно представлені галофіти: содник загострений, солонець лежачий, сермек Гмеліна та значними угрупованнями покісниці Фоміна та гігантської. Навколо солоних озер та понижень з тривалим затопленням утворюються окремі комплекси з домінуванням очерету південного та субдомінуючим пирієм повзучим, рідше зростають солонцева айстра звичайна та ситник приморський. На внутрішньо-острівних плакорних ділянках з темно-каштановими солонцюватими та супіщаними ґрунтами за ознакою домінантності представлена формації золотобородника цикадового та формації ковили дніпровської. В осолонцюватих пониженнях зростають зозулинці салеповий та болотяний. Розріджений покрив пісків складений переважно з участю жовтушниці сивої, яка займає значні площі слабкохвилястих піщанх масивів та осока колхідська зростає переважно на слабкозакріплених пісках, але зустрічається і в псамофітно-степових угрупованнях. За маяком та вздовж узбережжя моря в невеликих пониження із домінування очерету звичайного зростає кендир Русанова, який є вузьколокальним ендеміком острову та занесений до ЧКУ. Черепашкові тераси є притулком для таких рідкісних та охоронюваних видів,таких як миколайчики приморські та катран приморський, та для звичайних домінантів: колосняк причорноморський, гірчиця морська причорноморська.

На території НПП «Джарилгацький» занесені до Зеленої книги України такі угруповання: меч-трави болотяної, покісниці сиваської, ковили дніпровської, ковили волосистої та золотобородника цикадового.

Мікобіота налічує 57 видів грибів, флора лишайників – 26 видів.