Cheile Vălişoarei se încadrează în etajul pădurilor de gorun (Quercus petraea). In ciuda ivirilor bogate cvasicontinue ale stâncilor ce presupun o redusă acoperire vegetală, au fost identificate aici 12 asociaţii vegetale ce reflectă diversitatea condiţiilor de microrelief și mai multe specii protejate  (cuprinse în Anexa 3 a OUG 57/2007 privind regimul ariilor naturale protejate, conservarea habitatelor naturale, a florei și faunei sălbatice)

Speciile de plante aflate sub protecție, în conformitate cu lista oficială a speciilor prezente în rezervația naturală Cheile Vălișoarei, sunt: Asplenium adulterinum – feriguța, Campanula serrata – clopoței, Cirsium brachycephalum – pălămida, Iris aphylla ssp.hungarica - irisul sălbatic, Colchicum arenarium - brândușa , Dracocephalum austriacum - mătăciunea, Dianthus spiculifolius – garofița albă de stânci, Seseli rigidum - coada iepurelui, Asplenium ruta-muraria – ruginiţa, Saxifraga paniculata - iarba surzilor, Stipa pucherrima – colilia sau iarba scumpă, Cleistogenes serotina – perişorul bulgar.

În timpul vizitelor de teren efectuate de membrii Asociației Biounivers au mai fost descoperite o serie de specii protejate: Cephalantera damasoniu – căpșunița, Erytronium dens canis -  măseaua ciutei, Frittilaria orientalis – laleaua pestriță, Gentiana cruciata -  gențiana, Iris graminea – stânjenelul  sau  irisul de munte, Iris ruthenica -  stânjenelul mic de munte,  Lillium martagon -  crinul de pădure, Neottia nidus-avis -  cuibul-pământului, Orchis morio -  untu’ vacii.