La vegetación paramuna del área protegida, se caracteriza por contar con formaciones vegetales de tipo pajonal-frailejonal, chuscal-frailejonal y arbustal- frailejonal. El complejo de frailejones del Santurario, cuenta con una importante diversidad; de las 87 especies registradas para Colombia, 13 están presentes en Guanentá, entre ellas, dos nuevas especies descritas por Diaz-Piedraita & Rodríguez-(2008): Espeletia cachaluensis y Espeletia chontalensis, además: Espeletia boyacensis, Espeletia grandiflora var. boyacensis, Espeletiopsis pleiochasia, Espeletia murilloi; Espeletia incana (VU), Espeletia Nemekenei (VU), Espeletia congestiflora, Espeletiopsis guacharaca, Espeletiopsis sclerophylla (EN), Espeletia brachyaxiantha (EN), Espeletia discoidea (EN).

La franja boscosa, cuenta con importantes rodales de Quercus humboldtii (Roble) y Podocarpus oleifolius (Pino colombiano), y relictos de Polylepis quadrijuga (coloradito) especies categorizadas en amenaza. Así mismo, es refugio de nuevas especies, entre las que se destacan: Condylopodium hyalinifolium y Pentacalia guanentana (Asteraceae), publicadas por Diaz-Piedraita & Méndez (2000) y Diaz-Piedraita & Rodríguez (2011), respectivamente.

A nivel general, la composición florística del Santuario, de acuerdo con Rodríguez (2008), está constituida por 494 especies, 151 géneros, y 106 familias de plantas con flores y helechos. Dentro de las cuales, las mejor representadas a nivel específico son: Asteraceae (64 spp), Orchidaceae (39), Rubiaceae (38), Melastomataceae (29) y Ericaceae (24); y a nivel génerico: Asteraceae (20), Orchidaceae (17), Rubiaceae (17), Ericaceae (13) y Melastomataceae (13).