Растительность Каменных Могил очень своеобразна. Это довольно ярко выявленный петрофильный вариант разнотравно-типчаково-ковылевых степей. Объединение в одном территориально ограниченном месте разнородных по своей экологии и географическому распространению растений свидетельствует об уникальности заповедника и определяет его особое место среди господствующей зональной степной растительности, также свидетельствуя о том, что много видов флоры произрастают здесь издавна.
Еще в 1925 году здесь выявлено 7 видов папоротниковидных, среди них реликтовый вид - вудсию альпийскую, и на Каменных Могилах открыт узколокализованый эндем - василек ложнобелочешуйчатый. Со временем здесь был найден второй узколокальный эндем - тысячелистник голый. Среди наскальной растительности это были новые, раньше не известные науке виды растений, которые на нашей планете существуют лишь в заповеднике. На территории Каменных Могилах произрастает 29 видов флоры, внесенных в Красную книгу Украины.
Поверхность гранитных скал покрыта главным образом лишайниками, а мхи и высшие споровые растения встречаются здесь только в заполненных мелкоземом трещинах. Папоротники встречаются и на каменных сдвигах вместе с другими реликтовыми и эндемическими видами. Каменистые степи занимают в заповеднике значительные площади, на которых пестреет реликтовый вид - ковыль гранитный. В значительном количестве здесь определяют группировки эфемеров и эфемероидов. Это, в частности, гиацинт Палласа, тюльпан гранитный, роговик киевский, эрофила весенняя, все они развиваются весной.
В центральной части заповедника, между двумя гранитными кряжами, значительную площадь занимают настоящие разнотравно-типчаково-ковылевые степи. Наиболее распространен здесь ковыль волосистый. Значительное место среди растительного покрова принадлежит типчакам, ковылю Лессинга. Довольно распространены люцерна румынская, шалфей поникший и вязель цветистый.
Цветение разнотравья в степи начинается со второй половины мая и длится до середины июня. В июле, когда наступает самая сильная жара, степь теряет свои краски и начинает засыхать. В это время большинство растений уже заканчивает свой цикл развития.
На небольших лучных участках в низинах и долине речки Коротыш чаще всего встречаются стоколос безостый, китник лучный, пырей ползучий, куничник наземный, валерьяна стебленосная, лядвенец рогатый, клевер ползучий, косарики бескрылые.
На склонах восточного кряжа, в ущельях и среди гранитных накоплений встречаются довольно густые заросли деревьев и кустов, среди которых: шиповник, боярышник, тутовник, жостер, кизильник черноплодный и вяз Высоцкого. Вяз наростовый, тутовник и боярышник распространены в южной части западного кряжа. Под пологом этих зарослей растет ряд видов, характерных для более северных широколистых и крымско-кавказских лесов. Это хохлатки Пачоского и Галлера, рястка Буш, вероника широколистая и др., что является прямым свидетельством того, что в далеком прошлом Приазовская возвышенность имела тесные связи с горными лесами Средней Европы и Кавказа.
