Территория расположена в зонах тундры (76,6 %), лесотундры (15,4 %), юго-западная часть — в подзоне северной тайги (8 %). В зоне тундры выделяются подзоны арктических (4,9 %), горных (3,5 %), северных (10,3 %), южных (57,9 %) тундр.
В подзоне арктических тундр (побережье Карского моря и остров Вайгач) растительность не образует сплошного покрова. Промёрзшая почва, обнажаемая на сухих грунтах от снега сильными ветрами, растрескивается, и поверхность тундры разбивается на отдельные многоугольники (полигоны). Растительность состоит в значительной мере из мхов и лишайников, трав: мелких осок, злаков, пушицы, а также стланцевых форм кустарников.
В подзоне горных тундр основной фон создают осоково-лишайниковые ассоциации и стелющиеся кустарники из ивы и карликовой берёзы.
Северные тундры охватывают север Малоземельской тундры, в Большеземельской тундре приурочены к крупным возвышенностям, южным склонам хребта Пай-Хой. Здесь моховой и лишайниковый покров сомкнуты, появляются заросли из карликовых берёз, низкорослых видов ив. Значительные площади занимают травяно-осоковые болота, в долинах рек и ручьёв встречаются ивняки и тундровые луговины с обильным многовидовым разнотравьем и злаками.
В подзоне южных тундр большие площади покрыты зарослями карликовой бёрезы (ерниками), а также различными видами ив, багульника, можжевельника. Развит моховой и лишайниковый покров, широко представлены кустарнички, разнотравье, болотные растительные комплексы. В зоне лесотундры появляется на водоразделах редколесная, а в долинах рек и на южных склонах холмов островами древесная растительность: низкорослые ели и берёзы, реже лиственницы, чередующиеся с участками тундр и болот.
Для подзоны северной тайги характерно наличие значительных массивов сомкнутой древесной растительности с преобладанием еловых и елово-берёзовых лесов, по песчаным террасам рек и на болотах растет сосна. В поймах рек участки с труднопроходимыми зарослями из различных видов ивы и ольхи чередуются с осоковыми болотами и лугами. На тундровых луговинах и лайдах произрастают злаки (вейники, мятлики, лисохвост, красная овсяница) с примесью разнотравья.
На территории округа встречаются более 600 видов цветковых растений, несколько сот видов мхов и лишайников. В прибрежных морских водах из макрофитов, которые представлены здесь водорослями (около 80 видов), преобладают бурые водоросли, в реках и проточных озёрах — осока, хвощи и арктофила. В речном фитопланктоне доминируют диатомовые и сине-зелёные, а в озёрах — зелёные и диатомовые водоросли.
Во флоре широко распространены виды северных групп, достаточно широко — таёжные (бореальные) виды. Среди цветковых преобладают злаковые, крестоцветные, осоковые, ивовые. При антропогенных воздействиях на растительный покров тундры происходит замещение кустарников, мхов и лишайников травами, формирующими вторичный растительный покров. Наибольшие площади с вторичной растительностью встречаются в Большеземельской тундре, в районах геологоразведочных и нефтегазодобычных работ.
Флора богата разнообразными пищевыми растениями: ягодами, съедобными травами. Наибольшее значение имеют морошка, голубика, брусника, черника, вороника. В лесотундровой зоне по долинам рек и в таежной зоне растут смородина красная и чёрная, жимолость, встречаются малина, земляника, шиповник. В тёплые годы вызревают черемуха и рябина, а на юге Малоземельной тундры и в Канино-Тиманье — клюква. Используются в пищу щавель, дикий лук и другие луговые растения.
Богаты ресурсы кормовых растений пойменных лугов — злаков, бобовых, разнотравья, осок; значительны запасы лишайников на оленьих пастбищах — кладония, цетрария; повсеместно произрастают лекарственные растения.