La flora del Parque Nacional de Doñana es notablemente diversa y vasta. Entre las especies más destacadas y de particular interés se encuentran la Vulpia fontquerana, la Linaria tursica, el enebro marítimo, la Micropyropsis tuberosa, la Hydrocharis morsus-ranae y la Thorella verticillatinundata, muchas de las cuales están amenazadas. Además, se llevan a cabo esfuerzos para eliminar plantas no autóctonas como el eucalipto, la acacia, el Gomphocarpus fruticosus, la Nicotiana glauca y la uña de gato. Los pinares de pino piñonero también ocupan vastas áreas del parque, resultado de políticas de repoblación iniciadas en los siglos XVIII y XIX y continuadas a mediados del siglo XX para estabilizar las dunas móviles.

Entre las más de 900 especies que prosperan en los ecosistemas de Doñana, se encuentran: la adelfa, el alcornoque, el alhelí de mar, el almajo dulce, la barrilla pinchosa, el barrón, la brecina, el brezo, la camarina, el cantueso, el cardo marino, el carrizo, la clavellina, la enea, el helecho común, el jaguarzo, la junquera, el labiérnago, la lechetrezna del mar, el lentisco, la masiega, el palmito, el pino piñonero, la retama negra, la retama de escobas, el romero, la sabina, el tojo, el tomillo, el torvisco y la zarzamora. Además, destacan las plantas florales como la lavanda.

La flora de Doñana se distribuye en varios ecosistemas:

Dunas: Este ecosistema es caracterizado por su suelo arenoso y móvil, que requiere que las plantas se adapten a condiciones extremas. Las dunas móviles, o "trenes de dunas", moldeadas por el fuerte viento del suroeste, son únicas en la península ibérica. La vegetación, especialmente arbustiva, que crece aquí, como el barrón, la camarina y la retama, está especialmente adaptada a la arena y al viento. Las dunas a menudo entierran la vegetación y los árboles, que pueden luego reaparecer muertos en la superficie.

Arenas estabilizadas o "Cotos": Cubren la mayor parte de las áreas secas y dunas fósiles del parque, recubiertas de matorral. Estas áreas albergan alcornocales acidófilos, principalmente en el noroeste del parque, y extensiones de pino piñonero. Al norte del parque, los suelos arcillosos básicos predominan y la vegetación potencial natural incluye encinares.

Marismas: Aquí se desarrollan comunidades vegetales adaptadas a ambientes salinos en las marismas saladas y a condiciones de agua dulce en las marismas dulces, lagunas y arroyos. En las aguas dulces permanentes, se pueden encontrar diversas especies de Nitellas, Potamogetons y otros macrófitos acuáticos de interés.