Лесные и степные участки долины реки Красивая Меча отличаются богатым разнообразием видов флоры и фауны, около 200 видов занесены в региональную, а 5 видов растений — в федеральную Красные книги. Многие урочища территории представляют собой остатки древних лесных массивов. Основное дерево лесов Красивомечья — дуб черешчатый, растут здесь липа серцевидная, клёны остролистный и равнинный, вязы шершавый и гладкий. Подлесок формируют лещина, бересклеты, жимолость лесная, крушина. На южных опушках встречаются терн, кустарниковая вишня и — редко — миндаль низкий. Травяной покров зависит от освещенности: здесь растут как теневыносливые дубравные виды: пролесник многолетний, копытень европейский, осока волосистая и другие, либо сравнительно светолюбивые пиретрум щитковый, чемерица чёрная, лилия саранка, серпуха красильная, бубенчик лилиелистный. С юго-востока и юго-запада к лесам примыкают степные участки. Красивомечье — одно из немногих мест в области, где произрастают ковыли: перистый, красивейший, волосатик, узколистный или тирса́. Эти растения в период плодоношения превращают степные склоны в «море» — ветер колышет ости зерновок ковыля, и по травам как будто прокатывается волна.
Подробнее о природе Национального парка.