Вершина и склоны Аю-Дага покрыты шибляковым лесом с вкраплениями небольших участков Сосны крымской (Pinus pallasiana D. Don). Основными лесообразующими породами являются Дуб пушистый (Quercus pubescens Willd.) и Дуб скальный (Quercus petraea (Matt.) Liebl.), встречаются также Ясень высокий (Fraxinus excelsior L.), Клен полевой (Acer campestre L.), Груша лохолистная (Pyrus elaeagnifolia Pall.), Рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.) и Берека (Sorbus torminalis (L.) Crantz).
В подлеске преобладают Граб восточный (Carpinus orientalis Mill.), Кизил обыкновенный (Cornus mas L.), держи-дерево (Paliurus spina-christi Mill.) и Жасмин кустарниковый (Jasminum fruticans L.). На побережье, среди камней встречается Капуста огородная (Brassica oleracea L.), которая выращивалась на Аю-Даге в средние века и со временем натурализовалась.
Из редких видов растений встречаются Земляничник мелкоплодный (Arbutus andrachne L.), Фисташка атлантическая (Pistacia atlantica Desf.), на склонах – Можжевельник высокий (Juniperus excelsa Bieb.) и Можжевельник колючий (Juniperus oxycedrus L.), Ладанник критский (Cistus creticus L.), Тюльпан лесной (Tulipa sylvestris L.) и Дрок волосистый (Genista pilosa L.), в лесах – Иглица подъязычная (Ruscus hypoglossum L.), Пион мужской (Paeonia mascula L.), Пальчатокоренник римский (Dactylorhiza romana (Sebast.) Soо).