Формирането на растителния свят на Люлин планина е започнало преди много години и е свързано с биоложките й характеристики, промените на климата и многовековното човешко присъствие.
Тук в миналото е имало вековни широколистни гори, които са били изсечени през 18-19 в. за производство на дървени въглища, необходими за развивания в района добив на желязо.
Днес дървесната и храстова растителност е от естествен произход – предимно издънкова. Иглолистните дървесни видове са 6% от горската площ – изкуствени насаждения.
Преобладаващо горите са дъбови от горун – зимен дъб (Quercus petraea), цер (Quercus cerris) и благун (Quercus conferta). Буковите гори са разположени в най-високите части на планината. Съставени са от обикновен бук (Fagus silvatica) в места със северно, северозападно и североизточно изложение. Най-представителната високостъблена горска формация е тази около Люлинския манастир „Св.св. Кирил и Методий”. Характеризира се с голямо видово разнообразие на площ от 24 ха и възраст около 160 г. По южните склонове на планината издънковите дъбови гори са високостъблени и в добро състояние, като тази по прохода Мало Бучино и около санаториумите във Владая.
На северните изложения съществуват горички с чисти насаждения от обикновен габър (Carpinus Betulus), както и в смесен вид с бук, дъб, келяв габър (Carpinus Orientalis), трепетлика (Populus tremula), мъждрян (Fraxinus ornus), обикновен явор (Acer pseudoplatanus). Наблюдават се и единични дървета от липа (Tilia cordata), бряст (Ulmus campestris), киселица (Malus silvestris), дива круша (Pyrus communis) и скоруша (Sorbus domestica).
Изкуствените насаждения са чисти – от смърч (Picea abies) и смесени с бук около манастира „Св.св. Кирил и Методий”, създадени около 1910 г., както и по-късно създадените около Владайското дефиле, Горна баня, Банкя и Градоман от бял бор (Pinus silvestris) и черен бор (Pinus nigra).
В планината има храстови масиви, представени от обикновена леска (Corilus avellana), обикновен дрян (Cornus mas) – лечебно растение, обикновен глог (Crataegus monogyna) – лечебно растение с ядливи плодове. По сухите места се среща и трънката (Prunus spinosa). Като дърво или храст от 5 до 7 м повсеместно  разпространен и черния бъз (Sambucus nigra), а из храсталаците до 1000 м надм. вис. се срещат и поветът (Clemantis viticella), обикновената шипка (Rosa canina) – лечебно растение, както и обикновеният чашкодрян (Euonymus europaeus).
Тези храстови масиви не заемат големи площи, но са неизменен елемент от ландшафта на планината.
Цветните растения са представени от кокичето (Galanthus nivalis), което в миналото е било много разпространено, а Люлин била известна като „Царството на кокичетата”. Срещат се еньовче (Galium L.), карамфил (Diantus), тинтява (Exacum affine), момина сълза (Convallaria majalis), минзухар (Crocus velichensis), бял и розов риган (Origanum heracleoticum), бял равнец (Achilea multifida), прав очеболец (Potentilla recta), жълт и червен кантарион (Hypericum perforatum), горска теменуга (Viola odorata), кукуряк (Helleborus odorus) и др. Достъпността на планината е довела до рязко намаляване на цветната растителност.
Тревната растителност е добре развита повсеместно, с изключение на ерозиралите терени. Представена е от граминеи (Aiorus gramineus),  власатка (Festuca L.), цикория (Moqta stronica), острица (Carex arenaria), мащерка (Thimus L.), детелина (Trifolium L.), киселец (Rumex aietosa), подбел (Tusilago farfara), ежова главица (Sparganium L.), ливадна метлица (Poa pratensis), лютиче (Ranuniulus L.), левурда, комунига (Melilotus L.) и папрати. Срещат се и по-широко разпространените маточина (Melissa officinalis), лайка (Matricaria chamomilla), дилянка (Valeriana L.), живовляк (Plantago L.), коприва (Urtica dioica), овчарска торбичка (Capsella Bursa-pastoris), бяло и червено подъбиче (Teucrium polim и Teucrium scordium), глухарче (Taraxacum officinalle), лапад (Rumex L.) и здравец (Geranium L.).
От гъбите се срещат челядинка, печурка, сърнела, по-рядко – масловка и пачи крак, манатарка, лютивка, виолетка.