Park, dzięki swojej bioróżnorodności, ma ogromne znaczenie dla botaniki Poznania. Rośnie tu około 380 gatunków roślin naczyniowych (nie licząc nasadzanych i pielęgnowanych) w 44 zespołach roślinnych. Trzynaście z nich objętych jest ochroną ścisłą. Kilka gatunków jest rzadkich w skali Wielkopolski, a około pięćdziesiąt ma status rzadkich lub bardzo rzadkich w Poznaniu. Niektóre rośliny wprowadzono tu pierwotnie sztucznie, a potem zdziczały i samorzutnie się rozmnażają. Należą doń cebulica dwulistna, bluszcz pospolity, pióropusznik strusi i barwinek pospolity. Do chronionych gatunków drzew należy cis pospolity nie odnawiający się jednak w sposób naturalny. Z innych roślin występujących na Cytadeli wskazać należy takie jak konwalia majowa i przylaszczka pospolita. Cennym i unikalnym w skali Polski zespołem roślinnym jest żyzny łęg zboczowy Violo odoratae Ulmentum minoris, murawa napiaskowa Cerastio-Androsacetum septentrionalis, łąka rajgrasowa Arrhenatheretum medioeuropaeum, jak również dwie murawy kserotermiczne: Adonido-Brachypodietum i Bromus erectus (ta druga z udziałem stokłosy prostej)PTOP Salamandra, tablica informacyjna in situ.
W różnych okresach XX wieku zanotowano w parku około sześćdziesiąt gatunków porostów, ale obecnie spotykana jest tylko niecała połowa z nich, w tym żaden chroniony.