Несмотря на малую площадь (231 гектар), участки заповедника обладают чрезвычайно разнообразной флорой и фауной. На территории заповедника выявлено 974 вида сосудистых растений и 839 видов грибов.

В составе богатейшей (около 700 видов) флоры собственно Галичьей Горы около 40 видов редких степных и горноальпийских растений, в том числе реликтовых, сохранившихся с ледникового и позднеледникового времени (например, лапчатка донская, шиверекия подольская, папоротник костенец степной, эфедра).

Важнейшим достоянием заповедника является гербарий Среднерусской возвышенности и сопредельных областей, насчитывающий около 36 000 образцов. Важнейшим достоянием заповедника является гербарий Среднерусской возвышенности и сопредельных областей, насчитывающий около 36 000 образцов.