Исключительное разнообразие природных условий создало удивительное богатство растительного мира Хамар-Дабана. На сравнительно небольшой территории заповедника и его охранной зоны произрастает 1169 видов высших сосудистых растений (по результатам 2022 года), из них 14 видов включены в Красную книгу Российской Федерации (2008) и 49 видов в Красную книгу Республики Бурятия (2013).
В условиях интенсивного освоения региона заповеднику принадлежит существенная роль в сохранении и изучении флоры. На его территории сохранились реликтовые растения, входившие в состав флоры прежних эпох и выжившие до настоящего времени, а потому заслуживающие особого внимания. Также очень интересны эндемики – виды, ограниченные в своем распространении на определенной территории.
Особенности стадийных оледенений, мягкость современных климатических условий и некоторые другие исторические процессы позволили сохраниться на южном побережье озера Байкал целому комплексу реликтов неморального флористического комплекса.
В настоящее время известно произрастание 30 реликтовых видов растений. Весной – в конце апреля – мае поражают ковры весенних эфемероидов из анемоны алтайской, хохлатки прицветниковой и весенника сибирского, цветы которого появляются прямо из-под снега.
На территории заповедника встречается несколько эндемичных видов. Эндемики хребта Хамар-Дабан – сверция байкальская, мятлик иркутский, тридактилина Кирилова. Сверция – очень красивое растение с темно-фиолетовыми цветами из семейства горечавковых, встречающееся в основном на высокогорных лугах. Мятлик иркутский – злак с субальпийских лугов. Тридактилина – одно-двулетнее растение из семейства Сложноцветных, напоминающее жёлтую хризантему, растёт на галечниках по отмелям рек и Байкала.
В заповеднике произрастает более 90 видов древесных и древесно-кустарниковых растений, роль которых в образовании леса неодинакова.
Из деревьев наиболее обычны пихта, ель, кедр, лиственница, сосна. Обычны в заповеднике – березы, на территории насчитывается 8 видов. Чаще у нас растут деревья – берёза пушистая и плосколистная; в подгольцовье северного склона – берёза извилистая; на южном макросклоне с более сухим климатом кустарник – берёза растопыренная; в тундре – берёзка круглолистная. Древесные виды берёз неприхотливы к условиям жизни и принимают более или менее значительное участие в образовании лесов. Одной из первых береза заселяет гари, освободившиеся свободные участки, но со временем уступает занятые территории хвойным породам – кедру, пихте, сосне или лиственнице. На участках остепнённых лугов обычен ильм приземистый и изредка встречается яблоня ягодная.
Невысокими деревьями или кустарниками растут в заповеднике черемуха, рябина сибирская, некоторые виды ив. В начале июня лес, берега рек украшаются нежными розовыми цветами розы иглистой или шиповника. Обычные кустарники в заповеднике – жимолость, смородина тёмно-пурпуровая и черная. В прибрежных лесах, на опушках встречаются бузина, таволги или спиреи, из которых на северном макросклоне наиболее обычны средняя и иволистная, а на южном и в высокогорьях – таволга альпийская. Малина обыкновенная предпочитает незатененные речные берега, зарастающие дороги, а малина сахалинская предпочитает курумы южного макросклона. Четыре вида рододендронов – золотистый (кашкара), даурский (его часто в народе зовут багульником), мелколистый и рододендрон Адамса (саган-дайля) – занимают свои местообитания в подгольцовье, сухих лиственничниках, на каменных россыпях в тундре.
Растёт в заповеднике и кустарниковая лиана – княжик сибирский. Он встречается в прибрежных темнохвойных лесах. Очень красив и приметен княжик в июне во время цветения своими крупными желтовато-белыми цветами на фоне тёмно-зелёных тройчатых листьев.
Кустарнички – ещё одна важная составляющая таёжной флоры. Широко распространена в заповеднике брусника, обладающая ценными лекарственными и пищевыми свойствами. Она по достоинству ценится людьми, употребляется в пищу зверями и птицами. Не уступают ей по ценности черника и голубика – обладательницы ягод с синеватым налетом у первой и сизым, голубоватым у второй. Царица ягод – княженика, у которой к концу июля поспевают темно-лиловые ягоды, по вкусовым качествам, считающиеся одними из лучших в мировом ассортименте. Два вида клюквы – болотная и мелкоплодная – растут на участках сфагновых болот; здесь же встречаются подбел, болотный мирт, багульник.
Основную часть видового состава флоры составляют травянистые растения. Среди них на северном макросклоне хребта Хамар-Дабан самыми первыми пробуждаются и цветут весенние эфемероиды – многолетние растения, обладающие очень коротким периодом вегетации. Большая часть из них неморальные реликты. Термин «эфемероид» происходит от слова «эфемерный», что означает непродолжительный, скоропроходящий, мимолётный. Поэтому в апреле – мае они очень быстро растут, цветут и к середине лета их надземная часть чаще всего отмирает, а вот подземные органы — клубни и корневища — сохраняются.
Местное население называет эти первые цветы подснежниками. Ранней весной, лишь только растает снег, а иногда прямо из снега появляются белоснежные цветы весенника сибирского. Почти одновременно с ним расцветает ветреница алтайская. А на южном макросклоне в светлых сосняках в это время появляются свои сибирские подснежники – прострелы, иначе называемые сон-травой. На наших убурах прострелы имеют крупные фиолетовые цветы. Из четырёх видов наиболее обычны прострелы восточно-сибирский и Турчанинова. Из семейства Орхидных произрастает в заповеднике 17 видов. Из них 8 занесены в Красную книгу Республики Бурятия (2013) и 4 в Красную книгу Российской Федерации. Это гнездоцветка клобучковая, калипсо луковичная, башмачок крупноцветковый, ятрышник шлемоносный.
Самые древние представители флоры – хвощи, плауны и папоротники. На территории заповедника произрастает 31 вид папоротников, большинство которых растет во влажных темных лесах северного макросклона хребта Хамар-Дабан. Наиболее распространёнными из них являются щитовник распростертый, голокучник трёхраздельный, фегоптерис связывающий, орляк сосняковый. Щитовник мужской, реликт третичного комплекса, отмечается в верхней части лесов и подгольцовых лугах. Есть свои папоротники на скальных выходах. В лесах это многоножка сибирская; в подгольцовье – вудсия, костенец, криптограмма. По берегам рек встречается страусник обыкновенный – один из наиболее красивых папоротников. Его ярко-зелёные перистые листья – вайи – длиной около метра образуют правильной формы воронку, в центре которой располагается несколько более коротких, осенью темно-коричневых, спороносных ваий.
Заметно отличаются от остальных папоротников виды рода гроздовник. Четыре вида из пяти встречающихся в заповеднике, а это – северный, ланцетовидный, многораздельный и виргинский – занесены в Красную книгу Бурятии. Хвощи и плауны широко распространены в заповеднике в лесах и на болотах. Хвощей насчитывается 8 видов. Плауны – вечнозеленые растения, внешне своеобразные. В настоящий момент известно о произрастании в заповеднике 12 видов плаунов. Некоторые из них имеют длинные ползучие стелющиеся по земле стебли с боковыми побегами, покрытые многочисленными мелкими листочками. На концах вверх отходящих побегов расположены узкоцилиндрические желтые колоски, в которых созревают споры.