Оригинальность и разнообразие флоры и растительности национального парка «Алтын - Эмель» определяется тем, что парк расположен на стыке двух флористических районов - Джунгарского Алатау и Балхаш-Алакольского. К тому же самая нижняя точка расположения парка находится ниже 500 метров, а самая высокая – около 2000 метров выше уровня моря, поэтому в пределах парка можно наблюдать практически все высотные типы растительности – от высокогорных альпийских лугов до пустынных растительных сообществ.

Во флоре национального парка «Алтын - Эмель» достоверно зарегистрировано 825 видов растений, относящихся к 380 родам и 84 семействам, однако это еще неполные данные. Насчитывается более 60 редких и эндемичных растений, из которых 29 включены в Красную Книгу Казахстана. По крайней мере 6 видов растений встречаются только на территории национального парка и нигде больше в мире. Это - тюльпан короткотычиночный (Тulipa brachystemon Regel),. – чезнейя джунгарская (Chesneya dshungarica Golosk), прангос Гердера (Prangos herderi (Regel) Herrnst. et Heyn), морковник скальный (Silaus saxatilis Bajt), волосореберник Голоскокова (Pilopleura goloskokovii (Korov.) M. Pimen.), лепехиниелла Михаила (Lepechiniella michaelis Golosk.). Тем самым уровень эндемизма флоры национального парка довольно существенен и составляет 4,6%, что заметно выше по сравнению с эндемизмом Джунгарского Алатау – 3,5 %.

Флора национального парка включает в себя ценнейший генофонд лекарственных, пряно-ароматических, декоративных, кормовых и других групп полезных растений. Пищевые растения (яблоня, урюк, боярышники, дикая вишня, лук молочно-цветковый и др.) ценны для селекции засухоустойчивых и зимостойких сортов культурных растений.

На берегах реки Или произрастают тугаи – пойменные леса из лоха, туранги, нескольких видов ив. Эти деревья имеют исключительное значение, поскольку предохраняют берега реки от размыва, служат убежищем и кормом для тугайных животных, а туранга является эндемиком и внесена в Красную Книгу Казахстана. Среди кустарников здесь же произрастают два других эндемика, внесенных в Красную Книгу Казахстана - жимолость илийская (Lonicera iliensis) и барбарис илийский (Berberis iliensis), плоды последнего можно использовать в пищу.

Помимо упомянутых лоха и туранги, здесь можно отметить 2 вида боярышника и шиповник, относящихся к ценным лекарственным растениям.

Весной на склонах пустынных низкогорий расцветают тюльпаны, наиболее декоративными из которых являются два вида, занесенных в Красную книгу Казахстана - это тюльпан короткотычинковый (Tulipa brachystemon) и тюльпан Альберта (T. alberti). В ущельях и на склонах гор часто встречается вишня тянь-шанская (Cerasus tianschanica), яблоня Сиверса (Malus sieversii) и абрикос обыкновенный (Armeniaca vulgaris Lam) – дикие прародители культурных сортов вишни, яблонь и абрикоса. Каркас кавказский (Celtis caucasica Willd) или железное дерево образует целые древесные рощицы на склонах гор и ценится своей древесиной (тонет в воде), в связи с чем каркас отнесен к редким и исчезающим видам.

В ущельях часто встречаются кусты эфедры хвощевидной (Ephedra equisetina) – ценного лекарственного растения. В северной части гор национального парка в ущелье Узунбулак на высоте свыше 1000 метров над уровнем моря произрастают леса из ели Шренка и березы тяньшанской, встречается рябина и шиповник – ценные плодовые растения.

Еще выше начинаются альпийские и субальпийские луга с множеством ценных лекарственных и пищевых растений. Среди них следует отметить золотой корень или радиолу розовую (Rhodiola rosea) (по фармакологическим свойствам близок к женьшеню) и можжевельник ложно-казацкий (Juniperus pseudosabina)

В древних осадочных породах гор Калкан, Катутау и Актау содержится ценнейшая информация в виде окаменевших стволов и отпечатков листьев об ископаемой флоре мелового и третичного периода данного региона.

Вдоль русла реки Иле растут пойменные леса из тополя туранга, в пустынных и полупустынных районах встречаются саксауловые леса. Так же на территории парка встречаются типично горные виды, например ель Шренка, яблоня Сиверса, вишня тянь-шаньская, железное дерево, можжевельник, так и равнинные пустынные — это саксаул, туранга, джида, солянка.