Оригинальность и разнообразие 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 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.
В национальном парке «Алтын-Эмель» достоверно зарегистрировано 825 видов сосудистых растений, относящихся к 380 родам и 84 семействам, однако это еще не полные 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 (тополь сизолистый), 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 имеются два эндемика, внесенных в Красную книгу Казахстана, – жимолость илийская (Lonicera iliensis) и барбарис илийский (Berberis iliensis), плоды последнего можно использовать в пищу.