До активного хозяйственного освоения человеком долина реки Серги была полностью залесена, причем в основном сосновыми лесами. Господство сосны и широкое распространение лиственницы здесь связано не столько с климатическими, сколько с почвенно-грунтовыми особенностями территории. Перегнойно-карбонатные и серые лесные почвы, формирующиеся на трещиноватых известняках, недостаточно обеспечены влагой. Кое-где до сих пор сохранились лиственнично-сосновые древостои.

«А лесов при вышепоказанных местах довольно, но токмо по течению реки Серги по левую сторону имеется леса более, как еловые и березовые, а по правую сторону тоя ж реки леса сосновые и березовые. И к строению и содержанию заводов в лесах нужды повидимому быть неуповаемо. И ежели на коем либо означенном Демидову из трех мест позволение дастся и к строению завода, то отводу лесам за способитье быть признавается вверх по Серге и по течению оной но левую сторону». Подано ноября 5 дня 1739 года. В Канцелярию Главного правления Сибирских и Казанских заводов от механика Никиты Бахорева. Доношение».

С XVIII века на этой территории шла интенсивная рубка древесины для нужд завода (углежжение), а затем и леспромхоза. В основном это происходило на ровных участках в близи заводов, затем вдоль сплавных рек: Серги, Бардыма, а западные склоны Бардымского хребта остались нетронутыми из-за неудобного рельефа местности.

Воздействие человека на лесные угодья сильно меняет существовавшие типы растительного покрова. Это стало причиной формирования нелесных растительных сообществ. В период активных вырубок леса на дерново-слабоподзолистых и серых лесных почвах сосновые леса стали заменяться вторичными насаждениями с преобладанием березы и осины, или превратились в березово-сосновые, лиственнично-березово-сосновые и елово-березово-сосновые редколесья с примесью ели и пихты в пологих понижениях.

Территория парка отдыхает от рубок последние 30-35 лет. Древостой редколесий носит парковый характер, причем отдельные деревья более или менее равномерно разбросаны по площади редколесья (300−700 стволов на 1 га), а на открытых полянах чередуются с куртинами достаточно густых насаждений. Травяной покров березово-сосновых и лиственнично-березово-сосновых редколесий чаще всего бобово-разнотравный. В нем наибольшим обилием отличаются следующие виды: клевер средний, подмаренник северный, бодяк разнолистный, лютик едкий; из злаков - вейник, овсяница луговая и другие. В елово-березово-сосновых редколесьях преобладает вейниково-разнотравный покров.

Особенностью растительности Бардымского хребта является преобладание горных смешанных широколиственно-темнохвойных, южнотаежных темнохвойных и сосновых лесов. На западных склонах хребта преобладают липово-елово-пихтовые и липово-осиновые леса. Встречается ильм. А в водораздельной части хребта сокращается участие липы в древостое, здесь лес более темнохвойный – пихтово-еловый. Сосновые леса встречаются в основном на крутых каменистых склонах гор на щебнистых почвах.

Неумеренная и бессистемная эксплуатация лесов негативно отразилась и на широколиственных породах. Уменьшение количества широколиственных деревьев – это следствие хищнического использования их запасов: липы – на лыко и мочало, ильма и вяза – на дуги и полозья. Вырубка лесов, выпас скота и сенокошение на лесосеках привели к формированию антропогенных типов растительности – лесных и пойменных лугов (еланей).

В настоящее время заброшенные покосные угодья интенсивно зарастают сосновым молодняком, часто с примесью лиственницы и мелколиственных пород (береза, осина). Много липы и в сосновых и мелколиственных, преимущественно осиновых, лесах у подножия южной части Бардымского хребта. На пологих склонах встречаются антропогенные липовые редколесья и участки парковых, сильно измененных вырубкой и выпасом скота дубрав: иногда дуб участвует также в березовых и сосновых насаждениях.

На крутых каменистых склонах реки Серги значительно распространены лугово-степные и скальные виды: тимофеевка степная, вероника колосистая, порезник горный, таволга вязолистная, зопник клубненосный, остролодочник волосистый, клевер горный, тимьян уральский (чабрец). Остепненность нарастает к югу, она заметна и в некоторых березово-сосновых редколесьях. Сказывается более южное положение этой территории Парка. В настоящее время она постепенно зарастает сосняком. Связано это с тем, что с 1965 года, по данным НИИ экологии растений и животных УрО РАН, среднегодовое количество осадков по Свердловской области ежегодно увеличивается на 6,8 мм. Для неприхотливой сосны на данной территории создались благоприятные условия. Поэтому прогноз для южной части парка: зарастание остепненных участков сосновыми лесами.

Из реликтов – растений, сохранившихся с предыдущих климатических эпох – на территории парка обитают копытень европейский, наперстянка крупноцветковая. Ряд видов занесен в Красные книги России и Урала: лук мелкосетчатый (черемша), астра альпийская, цицербита уральская, шиверекия подольская, ясколка Крылова, родиола розовая, короставник татарский, тимьян уральский (чабрец), лилия волосистая (кудреватая), кубышка желтая и малая, кувшинка белоснежная и четырехгранная, венерин башмачок настоящий, дремлик темно-красный, дремлик зимовниковый, любка двулистная, пион уклоняющийся, адонис весенний, ветреница уральская, прострел желтеющий, наперстянка крупноцветковая.

Есть в парке и более древние реликты – точнее, целые реликтовые сообщества, оставшиеся от эпохи мамонтов и шерстистых носорогов (10-15 тыс. лет до н.э.). Это участки сухих холодных тундростепей, которые когда-то покрывали огромные пространства, а теперь нашли убежище на прибрежных скалах. Здесь растут ластовень степной, полынь Сиверса, пырей отогнутоостый, спирея городчатая.

Территория Парка уникальна с точки зрения пограничного состояния территории между подзоной южной тайги и лесостепью. Пограничное состояние территории привело к рекордному разнообразию растительного мира, около 800 видов высших сосудистых растений, в том числе эндемики и реликты. 38 видов редких исчезающих видов покрытосеменных растений занесены в Красную книгу Свердловской области.