A flora do Parque Natural do Sudoeste Alentejano e Costa Vicentina distribui-se por três tipos de ambientes geomorfológicos:

• barrocal ocidental, no planalto vicentino a sul, com vegetação típica de solos calcários, uma zona de clima seco e quente;
• planalto litoral, com vegetação mais diversificada, nas dunas, charnecas e áreas alagadiças, uma zona fresca e húmida;
• serras litorais e barrancos, com densa vegetação arbórea e arbustiva típica das zonas húmidas das ribeiras.

Ao longo do Parque ocorre uma mistura de vegetação mediterrânica, atlântica e norte-africana, com predominância para a primeira. Existem cerca de 750 espécies, das quais mais de 100 são endémicas, raras ou localizadas; 12 não existem em mais nenhum local do mundo. Na área do parque encontram-se espécies consideradas vulneráveis em Portugal, assim como também diversas espécies protegidas na Europa.

Entre os endemismos há, por exemplo, plantas como Biscutella vicentina, Centaurea vicentina, Cistus palhinhae, Diplotaxis vicentina, Hyacinthoides vicentina, Plantago almogravensis, Scilla vicentina. Outras espécies são consideradas raras, como a Myrica faya (samouco), a Sorbus domestica (sorveira) ou a Silene rothmaleri.

A actividade agrícola, na parte norte do Parque Natural, zona do perímetro de rega do Mira, é intensiva contribuindo para a ameaça de muitas das espécies de flora. Esta mesma actividade agrícola já provocou a extinção de plantas como a Armeria arcuata.
As espécies arbóreas naturais na área do parque são dominadas por quercíneas, como o Quercus suber (sobreiro), o Quercus faginea (carvalho-cerquinho) e o Arbutus unedo L. (medronheiro), existentes fundamentalmente nas encostas dos barrancos.

As espécies arbóreas não indígenas são, dominantemente, o Pinus pinaster (pinheiro-bravo) e o Eucaliptus globulus (eucalipto).