Во флоре заповедника насчитывается более 80 семейств высших сосудистых растений. Большой интерес среди них представляет древнейшая группа вечнозелёных растений -плаунов. Из семейства плауновых в заповеднике встречается 6 видов. Самым распространённым можно считать плаун годичный, его стелющиеся побеги с колосками часто встречаются в тополёвых и смешанных лесах северного макросклона хребта.
Из очень древней и своеобразной группы лишённых листьев растений — хвощей, некогда господствовавших на земном шаре и оставивших окаменевшие отпечатки в отложениях каменноугольного периода, в заповеднике встречаются 8 видов. Из них - более распространёнными являются хвощи полевой, речной, зимующий, луговой и лесной.
В заповеднике насчитывается 25 видов папоротников. Наибольшее их разнообразие наблюдается во влажных темнохвойных лесах северного макросклона хребта. Здесь обычны щитовник мужской, фегоптерис связывающий, голокучник трёхраздельный. По долинам рек многочислен страусник обыкновенный, поражающий декоративной пышностью своих огромных вай. Сплошные заросли в высокогорье северного склона образует орляк обыкновенный. К экстремальным местообитаниям в высокогорье, скалистым склонам и каменным осыпям тяготеют вудсия эльбская, пузырник горный, щитовник пахучий.
К одной из интереснейших групп относится семейство ужовниковых.. По внешнему виду, анатомическому строению и другим биологическим особенностям они заметно отличаются от остальных папоротников и занимают довольно изолированное таксономическое положение. Четыре из пяти, встречающихся в заповеднике, видов этого семейства занесены в Красную книгу Бурятии. Это гроздовники северный, ланцетовидный, многораздельный и виргинский.
Представители семейства сосновых являются на территории заповедника главными лесообразующими породами, к ним относятся пихта сибирская, сосна сибирская (кедр), сосна обыкновенная, ель сибирская и лиственница сибирская. В лесном поясе северного макросклона преобладают пихта и кедр, на южном обычны сосна и лиственница. В заповеднике и на прилежащей территории произрастает редкая по красоте голубая ель, точнее сизохвойная форма ели сибирской, внесённая в своё время в Красную книгу СССР. Судя по всему, на возникновение и сохранение сизого воскового налёта на хвое влияют условия местообитания, в частности повышенная влажность воздуха. Явление это эндемично и пока до конца не изучено. Леса с участием голубой ели занимают около 12 тыс. га и распространены в северозападной части территории заповедника, отличающейся повышенной влажностью. Голубая ель входит в основном в состав пихтовых, кедровых, еловых и тополёвых лесов. Особенно часто она встречается в черничном и широкотравном типах леса, распространённых на древних байкальских террасах и в низовьях речных долин. Интересно отметить, что при изучении голубой ели, встречающейся в кедровых лесах, было обращено внимание на не совсем обычный вид хвои некоторых кедров. При дальнейшем их исследовании выяснилось, что этим особям присущ ускоренный, однолетний цикл развития женских шишек. Эти деревья, составляющие очень малую, менее одного процента, часть популяции, отличаются целым рядом признаков: в 1,5 раза большей длиной хвои, количеством хвои в пучке, достигающим 10, способностью образовывать осеннюю и весеннюю мутовку ветвей и другими признаками. Аналогичная находка была сделана в предгорье Западного Саяна лесоводом-генетиком А.И. Ирошниковым, по мнению которого, особи с однолетним циклом развития шишек являются реликтовыми формами. Вполне вероятно, что предки современного сибирского кедра произрастали в условиях тёплого, влажного климата, без сколько-нибудь выраженной сезонности, что позволяло деревьям давать второй прирост побегов и продолжать развитие женских шишек без периода покоя. Число встреч уникальных особей кедра значительно возрастает на сопредельной с заповедником территории в междуречье рек Выдриной и Снежной. Там расположен и центр ареала голубой ели, поэтому заповедник ставит вопрос о создании биосферного полигона на этой территории.
Из семейства кипарисовых на территории заповедника произрастают можжевельники обыкновенный, ложноказацкий и сибирский - декоративные кустарники, весьма устойчивые к условиям среды.
Наиболее многочисленна в заповеднике группа цветковых растений. Среди древесных пород, относящихся к этой группе, наиболее богато представлено семейство ивовых, включающее 23 вида, которые широко распространены по всей заповедной территории. Обычны осина, иногда выступающая в качестве лесообразующей породы, и тополь душистый. Леса, где преобладает тополь, можно встретить по долинам крупных рек северного макросклона. Душистый тополь приметен своими размерами: нередко встречаются деревья исполинского роста, достигающие тридцатиметровой высоты с полутораметровым диаметром ствола.
В семействе берёзовых для заповедника отмечено 8 видов. Обычными являются берёзы плосколистная и повислая, образующие вторичные леса по гарям и вырубкам. Берёза пушистая часто встречается у верхней границы лесного пояса в составе пихтовых «парков». На южном макросклоне хребта, кроме того, широко распространены кустарниковая, круглолистная и карликовая берёзы. К семейству берёзовых также относится и ольха кустарниковая - типичный представитель смешанных лесов по долинам и поймам рек.
На остепненных каменистых склонах в южной части заповедника встречается вяз приземистьгй — единственный в заповеднике представитель семейства ильмовых.
Из семейства вересковых заслуживают внимания ягодные кустарнички, занимающие довольно значительные площади и образующие ягодники. В заповеднике и его охранной зоне на осоково-сфагновьгх болотах обычны клюква мелкоплодная и клюква болотная, здесь же встречается и голубика. Брусника и черника широко распространены по территории заповедника, являясь во многих типах леса доминантами в напочвенном покрове. Также широко распространены багульник болотный и рододендрон золотистый (кашкара). Более узкое распространение имеют рододендрон даурский, встречающийся в основном в нижней части лесного пояса у южной границы заповедника, и обитатель высокогорий — рододендрон Адамса.
По каменистым склонам и галечникам речных пойм распространены различные виды смородин, в заповеднике их 7 видов, представляющих семейство крыжовниковых. Наиболее обычны тёмно-пурпуровая, душистая, чёрная и красная (голенькая) смородины.
Из семейства камнеломковых нельзя не упомянуть бадан толстолистный, заселяющий каменистые склоны в лесном поясе и образующий заросли типа пустошей в высокогорье. В некоторых типах леса этот вид доминирует в кустарниково-травяном покрове.
Семейство бобовых насчитывает в заповеднике 40 видов. Это различные виды клевера, горошка, астрагалов и караган. Среди последних выделяется карагана гривистая, встречающаяся у южной границы заповедника, она является ценным лекарственным растением.
Семейство розоцветных представлено 54 видами. Сюда относятся растения разных жизненных форм. Из древесных растений широко распространены рябина сибирская и черёмуха обыкновенная, обычные во всех лесных фитоценозах. Кроме них встречаются яблоня ягодная, боярышники кроваво-красный и даурский. Кустарники представлены кизильником черноплодным, шиповниками даурским и иглистым, обыкновенной и сахалинской малиной и пятью видами таволг. Среди травянистых представителей семейства преобладают лапчатки — 17 видов.
Из семейств, представленных в основном травянистыми растениями, самым многочисленным является семейство сложноцветных, содержащее 92 вида. Несколько уступают ему семейства мятликовых (71 вид), осоковых (61 вид), лютиковых (42 вида), крестоцветных (39 видов) и гвоздичных (36 видов).
На территории заповедника встречается более 50 видов высших сосудистых растений, относящихся к категориям редких, эндемичных или реликтовых. Все они подлежат особой охране и занесены в Красную книгу Республики Бурятия, а 12 из них были включены в Красную книгу РСФСР. Это касатик гладкий, ветреница байкальская, башмачок крупноцветковый и другие. Два вида, сверция байкальская из семейства горечавковых и стеммаканта хамарская из семейства сложноцветных, являются эндемиками хребта Хамар-Дабан.
Некоторые виды растений, к сожалению, подвергаются очень интенсивной эксплуатации на смежных с заповедником территориях. В 1980-е годы, например, когда шла усиленная заготовка папоротника-орляка на экспорт, были существенно подорваны его запасы. В последние годы резко снизились ресурсы активно заготавливаемой населением в коммерческих целях черемши (лука победного). Страдают от неумеренного сбора ягодники и популяции ценных лекарственных растений -родиолы розовой (золотого корня), стеммаканты хамарской (заменитель маральего корня) и некоторых других видов.
К группе высших растений, произрастающих на территории заповедника, относятся также мохообразные, которых насчитывается здесь 287 видов (Казановский,1995). Класс печёночников представлен 24 семействами и 81 видом. Листостебельные мхи также представлены 24 семействами, но количество видов, объединяющихся в них, достигает 206. Горный характер рельефа заповедной территории предопределяет экотопическое разнообразие, что способствует богатству бриофлорьг заповедника. Преобладающее большинство составляют виды, обитание которых связано с использованием скально-каменистых субстратов. Богата видами также флора напочвенных бриофитов и флора повышенно увлажнённых местообитаний. Из числа мохообразных заповедника один вид, неккера северная, встречающийся в тополевых лесах северного макросклона Хамар-Дабана, является редким третичным реликтом и был занесён в Красную книгу РСФСР.