Căn cứ trên các yếu tố: địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng, khu hệ thực vật và các yếu tố tác động của con người thì rừng của Vườn quốc gia Côn Đảo có 4 hệ sinh thái như sau:
Hệ sinh thái rừng trên vùng đồi núi thấp: chiếm hầu hết diện tích của 14 hòn đảo từ sát mép nước biển cho đến đỉnh núi cao nhất (núi Thánh Giá cao 577 m), hệ sinh thái này gồm các núi đá có độ dốc lớn, có nhiều vách đá dựng đứng, và lộ đầu, luôn chịu sự tác động của gió biển thổi mạnh…kiểu thảm thực vật của hệ sinh thái này đa dạng, phong phú và phân bố ở các khu vực trên các đảo không giống nhau. ở các sườn núi khuất gió có tầng đất dày, cấu trúc rừng nhiều tầng, nhiều loài thực vật cây gỗ khác nhau sinh sống; ở các sườn núi hướng về phía gió biển, có nhiều vách đá dựng đứng thực vật rừng chủ yếu gồm những cây bụi, cây gỗ nhỏ, thấp, phân cành nhiều và ken sát vào nhau để chống đỡ với gió biển, cấu trúc của rừng chỉ có 1 tầng nhìn từ phía trên tán rừng như một mặt phẳng nghiêng.
Hệ sinh thái rừng trên đồi cát và bãi cát ven biển: phân bố thành dải hẹp ở phía Đông đảo Côn Sơn, chạy dài khoảng 15 km từ mũi Đá Trắng (An Hội) đến sân bay Cỏ ống, gồm những đồi cát và bãi cát trắng ven biển với nhiều chủng loài cây chịu hạn sinh sống.
Hệ sinh thái rừng Sát (ngập mặn): diện tích nhỏ vào khoảng 30 ha, phân bố ở các eo biển, bãi cát, xác san hô, mảnh vụn sinh vật biển và hàng ngày bị ngập nước thủy triều… trên 3 hòn đảo lớn: hòn Côn Sơn, hòn Bảy Cạnh, hòn Bà. Các loài thực vật đặc trưng của hệ sinh thái này là thực vật rừng ngập mặn như: Đước (Rhizophoza), Vẹt (Brugniera), Mắm (Avicennia), Cóc (Lumnitzera)…
Hệ sinh thái rừng ngập nước phèn (hậu rừng Sát): diện tích rất nhỏ phân bố ở khu vực An Hải, kế tiếp khu rừng Sát theo diễn thế đi lên trên đất cát trắng, bị ngập nước mùa mưa hàng năm với thành phần thực vật chủ yếu là Tràm (Melaleuca cajuputi)…
Những hệ sinh thái này được phân bố kế tục nhau trên một không gian nhỏ hẹp tại Côn Đảo, đây là một nét độc đáo thu hẹp, có ý nghĩa về mặt tự nhiên, diễn thế và khoa học.
