Pestrý vývoj reliéfu územia s vyše tisíc metrovým výškovým rozpätím, klíma, striedanie hornín a pôdnych typov spôsobili pestrosť a prelínanie teplomilných a horských druhov rastlín a živočíchov. Poľana je najjužnejšie pohorie na Slovensku, ktoré dosahuje takú nadmorskú výšku a to vytvorilo špecifické podmienky, ktoré umožňujú dosahovať niektorým druhom výškové rekordy výskytu a iným druhom výskyt v nižších zemepisných šírkach. V lesných porastoch Poľany sú hlavnými drevinami buk, smrek a jedľa. Komplex pôvodnej vrcholovej smrečiny predstavuje najjužnejší výskyt pôvodných smrečín v Západných Karpatoch. Mimoriadne vzácne sú jedince pôvodnej jedle dosahujúce pozoruhodné rozmery. V nižšie položených lokalitách Podpoľania príroda ponúka na obdiv zmiešané lesy, pestrú paletu kvetov odlesnených lúk a pasienkov. Veľké množstvo rastlín a živočíchov patrí medzi chránené a vzácne druhy. Doposiaľ tu bolo zistených viac ako 1200 druhov vyšších rastlín.

Z hľadiska fytogenetického členenia patrí územie Poľany do oblasti západokarpatskej kveteny, do obvodu predkarpatskej flóry.

V minulosti pokrýval značné územie rozsiahly komplex lesov, ktoré aj dne zaberajú približne 90 % územia v CHKO Poľana. Pôvodná druhová skladba ich porastov bola na mnohých miestach pozmenená intenzívnou činnosťou človeka najmä od 17. storočia. V súčasnosti sa tu môžeme stretnúť s lesnými spoločenstvami 2. až 7. lesného vegetačného stupňa.

Zastúpenie drevín je nasledovné: ihličnaté 62 %; v tom smrek 54 %, jedľa 6 %, smrekovec 1,5 %, borovica 0,3 %, ostatné ihličnany 0,01 %; listnaté 38 %; v tom buk 30 %, javor 3,6 %, jaseň 2 %, dub 1 %, hrab 0,6 %, cer 0,3 %, brest 0,2 %, ostatné listnáče 0,3 %.

Len fragmentálne sa na juhozápadnom úpätí môžeme stretnúť s dubovo-bukovými a bukovo-dubovými lesmi. V nich sa popri dube cerovom (Quercus cerris), d. zimnom (Q. petraea ), d. letnom (Q. robur) a buku lesnom (Fagus silvatica) nachádzajú aj hrab obyčajný (Carpinus betulus ), lipa malolistá (Tilia cordata) a l. veľkolistá (T. platyphyllos). Na ne nadväzujú plošne najrozšírenejšie lesy bukové a jedľovo-bukové. Tieto sú aj vďaka fyzikálne priaznivým a bohato humóznym andozemiam známe pozoruhodnými rastovými schopnosťami jednotlivých drevín, ktoré dosahujú častokrát výnimočné dimenzie vysokej kvality. Okrem hlavných porastotvorných drevín je v týchto vysokoprodukčných porastoch primiešaný smrek obyčajný (Picea abies) a v záveroch dolín s vlhkými, kamenistými sutinami aj javor horský (Acer pseudoplatanus), brest horský (Ulmus glabra) a jaseň štíhly (Fraxinus excelsior). Buk vystupuje na viac alebo menej otvorených južných svahoch s teplými vzdušnými prúdmi až k hrebeňovým polohám.

Najvyššie polohy CHKO Poľana zaberá pôvodná vrcholová smrečina, ktorú prstencovito lemuje úzky pás smrekovo-bukovo-jedľových lesov. Predstavuje najjužnejší výskyt pravých smrečín na vulkanitoch v Západných Karpatoch. V jej drevinovej skladbe sa okrem smreka vyskytuje jarabina vtáčia (Sorbus aucuparia) s javorom horským, zatiaľ čo krovinové poschodie tvoria zemolez čierny (Lonicera nigra), vŕba sliezska (Salix silesiaca), ríbezľa alpínska (Ribes alpinum), lykovec jedovatý (Daphne mezereum), ruža ovisnutá (Rosa pendulina) a pod. V dvojvrstvovom bylinnom podraste možno zaznamenať najmä horské a subalpínske druhy ako sú kamzičník rakúsky (Doronicum austriacum), mliečivec alpínsky (Cicerbita alpina), mačucha cesnačkovitá (Adenostyles alliariae), iskerník platanolistý (Ranunculus platanifolius), soldanelka uhorská (Soldanella hungarica), kýchavica Lobelova (Veratrum lobelianum), chlpaňa lesná (Luzula silvatica), smlz chĺpkatý (Calamagrostis villosa).

Na mnohých lokalitách došlo k odlesneniu väčších plôch a vytvoreniu náhradných spoločenstiev lúk, pasienkov a políčok. Druhovo bohaté lúčne spoločenstvá s mnohými ohrozenými a vzácnymi rastlinnými druhmi zvyšujú spolu s ostatnými lesnými a nelesnými spoločenstvami celkovú biodiverzitu územia rezervácie. So spoločenstvami políčok sa môžeme stretnúť hlavne na južnom úpätí masívu, v blízkosti typických rozptýlených sídelných a hospodárskych objektov - lazov. Obzvlášť pekný je ich letný vzhľad s rozkvitnutou nevädzou poľnou (Cyanus segetum) a makom vlčím (Papaver rhoeas). Veľmi vzácne sa práve na týchto typoch lokalít vyskytuje aj kriticky ohrozená niekdajšia burina chemicky neošetrovaných polí kúkoľ poľný (Agrostemma githago).

Celá južná časť masívu Poľany je pod vplyvom teplejšej klímy a preto až sem vystupujú niektoré charakteristické xerotermofilné druhy, z ktorých tu niektoré dosahujú severovýchodnú hranicu rozšírenia, ako napr. kukučka vencová (Lychnis coronaria), palina pravá (Artemisia absinthium), jarva obyčajná (Calamintha clinopodium), rebríček vznešený (Achillea nobilis), nátržník strieborný (Potentilla argentea). Oproti tomu sa môžu v nižšie položených inverzných dolinách vyskytovať chladnomilné horské druhy.

K nesmierne cenným, najohrozenejším a zároveň ustupujúcim spoločenstvám patrí vegetácia rašelinísk, pramenísk a podmáčaných horských nív s výskytom bielokvetu močiarneho (Parnassia palustris), rosičky okrúhlolistej (Drosera rotundifolia), žltohlavu najvyššieho (Trollius altissimus), kosatca sibírskeho (Iris sibirica). Na vlhkých lúkach rastú viaceré druhy chránených vstavačovitých rastlín, napr. vstavačovec májový (Dactylorhiza majalis), v. strmolistý (D. incarnata), v. mokradný, (D. maculata), päťprstnica obyčajná (Gymnadenia conopsea). Vzácne sa možno stretnúť aj s ohrozeným horcom pľúcnym (Gentiana pneumonanthe), hadomorom nízkym (Scorzonera humilis), rebríčkom bertrámovým (Achillea ptarmica) či drobnou papraďou hadivkou obyčajnou (Ophioglossum vulgatum).

Na jar poskytujú čarovné pohľady bohato zakvitnuté plochy šafranu spišského (Crocus discolor). Početné skalné bralá a steny osídľujú sladiče (Polypodium vulgare, P. interjectum), slezinníky (Asplenium septentrionale, A. trichomanes), ruža ovisnutá, lomikameň zrnitý (Saxifraga granulata), zriedkavo i vudsia skalná (Woodsia ilvensis).

Na niektorých lokalitách vzácne rastie aj tis obyčajný (Taxus baccata).

Z karpatských endemitov treba spomenúť predovšetkým sporadicky sa vyskytujúcu večernicu snežnú (Hesperis nivea) a prilbicu tuhú (Aconitum firmum), zo sudeto-karpatských endemitov zase fialku žltú sudetskú (Viola lutea subsp. sudetica).

Z nižších rastlín sú bohato zastúpené machorasty a pečeňovky, terestrické aj drevokazné huby, ktoré majú dostatok vyhovujúceho substrátu v nadväznosti na pestré drevinové zloženie. Výskyt mnohých lišajníkov, napr. bradatcov (Usnea sp.) poukazuje, že sa tu ešte vyskytujú druhy náročné na čisté ovzdušie.