香山公园地处近郊山区丘陵地带，植物繁多，种类丰富，经调查共有391种，其中野生种类占多数并且大面积分布。数量最多的主要有黄栌（香山红叶）、侧柏等。
香山作为一处拥有着优美的自然风光的山林公园，建园历史悠久，特别是在建筑、寺庙周围分布着大量的栽培植物，如银杏、油松等，栽植时间长，古树数量众多。其中，一、二级古树共计5800余株，约占北京市城区古树的约1/4，一级古树就有300余株。树种有侧柏、油松、圆柏、白皮松、槐树、银杏、楸树、麻栎、榆树、元宝枫、栾树、七叶树、皂荚等十三种，成为香山重要的景观资源。香山古木参天、浓荫蔽日，使这里显得更加峰峦叠翠、林木幽深。为了加强对古树的保护，公园于2005年对古树进行了卫星定位普查。
此外，香山传统的观赏花木也已成规模，如牡丹、玉兰、西府海棠、山杏、山桃、月季、紫薇、连翘、梅花、丁香等等，形成了一些集中的观赏区，如杏花林、梅花谷、丁香路、椴树路，特别是椴树，极具特色，在市内其他园林比较少见，是香山优良的芳香植物和秋色叶植物。
香山分布着较多的水土保持植物，特别是拥有较多具有良好水土保持作用的地被植物，主要种类有胡枝子、杭子梢、荆条、蚂蚱腿子、黄背草、白羊草等，另外还有孩儿拳、酸枣等。这些植物不但可以覆盖地表，还能形成良好的土壤环境，有利于雨水渗入土壤，对于保持水土起到良好的作用。
香山野生植物中，也有许多观赏价值高的种类，如归化植物二月兰、花木兰、萎陵菜、三裂绣线菊、各种沙参、狗哇花、甘野菊、小红菊等，在春秋两季常常形成山花烂漫的美景，为香山山野风光增色不少。一些观果的树种，如山里红、西府海棠、海棠果、金银木、柿树、紫珠，林区大量的构树、酸枣、孩儿拳等，吸引了鸟类前来栖息，在香山生态系统中起重要的作用。
