Vegetación dominada por matorral mediterráneo en las zonas altas, -predominando el romero, tomillo, cantueso, jara y jaguarzo-, y de tipo atlántico en las depresiones, dándose el brezo y el tojo. Presencia del pino piñonero, alcornoque, lentisco, madroño.
El extremo meridional de este espacio protegido se halla ocupado por uno de los paisajes más espectaculares del mismo. Se trata de una sucesión de sistemas de dunas móviles, una impresionante barrera costera de dunas de 25 km de longitud, 5 de anchura y altura de 30 a 50 m, avanzando desde la playa al interior en frentes de hasta 2 km de anchura en los que la vegetación está prácticamente ausente.
Además del pino piñonero, hay ejemplares dispersos de enebros y sabinas. Densas formaciones de matorral que serán conocidas como "monte blanco", cuando abundan las cistáceas y labiadas, o como "monte negro", en el caso de vegetación arbustiva menos xerófila, con importante presencia de brezos.
Ocupando las zonas más internas se hallan las formaciones de pinares más extensas y compactas del Parque, conocidos como Pinares de las Marismillas.