Rừng nguyên sinh tại khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông là loại rừng kín nhiệt đới thường xanh theo mùa. Năm loại kiểu phụ rừng chính tồn tại do kết quả của sự đa dạng độ cao và các tầng chất nền: rừng lá rộng đất thấp trên núi đá vôi (60–700 m); rừng lá rộng đất thấp trên các phiến thạch, sa thạch và đất sét (60-1.000 m); rừng lá rộng chân núi đá vôi (700–950 m); rừng lá kim chân núi đá vôi (700–850 m) và rừng lá rộng chân núi Bazan (1.000-1.650 m). Khu bảo tồn cũng tồn tại các thảm rừng thứ sinh như rừng tre nứa, cây bụi và đất nông nghiệp. Nằm cách không xa Vườn Quốc gia Cúc Phương, Pù Luông có sự tương đồng cao về khu hệ động thực vật so với Cúc Phương.