A flora das Illas Cíes conta cun total de 602 especies vexetais catalogadas, entre elas 415 espontáneas, 44 plantas subespontáneas ou naturalizadas e 143 cultivadas, das cales 15 son híbridas.
As matogueiras da illa compóñense fundamentalmente de especies autóctonas, como o toxo (Ulex europeus) a xesta, a esparragueira, o trobisco ou a estepa. Na zona da lagoa atópase vexetación típica de marismas, como os xuncos.
O bosque é o que sufriu as maiores alteracións, xa que desapareceron especies autóctonas como a figueira e outras como o cerquiño quedaron reducidas a áreas case testemuñais, ao repoboarse as illas con piñeiros (Pinus pinaster) e eucaliptos (Eucalyptus globulus) case nunha cuarta parte da superficie. Os ventos fortes con alto contido en sales dificultan, á súa vez, o desenvolvemento das árbores.
Na actualidade o continuo pisar dos visitantes destrúe os espazos, sobre todo nas dunas.
Nas praias, cantís e dunas, mantéñense especies, algunhas delas endémicas do litoral galaico-portugués, propias destes medios, cunhas condicións físicas e climatolóxicas moi extremas.
Parece ser que nas Cíes está localizada a única poboación de Galicia de Armeria pungens, que medra en pequenas matogueiras de ata 8 cm.
Ademais atópase unha das principais poboacións que quedan en Galicia xunto coa de Camariñas (A Coruña) de Corema album, camariña, en perigo de extinción, símbolo do parque e en Cíes
Nos fondos mariños hai máis de 200 especies de algas, de diversas colonias: de cor marrón, coma as Laminaria. De cor verde, coma as leitugas de mar ou as Codium tomentosum. De cor azul-verdosa, coma a Chondria coerulescens.