Le Bois du Roi, ou Bois de Mariembourg, est globalement mal connu du point de vue biologique, sa flore et sa faune n'ayant encore jamais fait l'objet d'inventaires détaillés. Il n'a pas été inscrit au réseau Natura 2000, hormis une toute petite zone de 2,5 ha située au lieu-dit Tri Pirard et correspondant à la réserve naturelle de Mariembourg gérée par l'association Natagora.
Le massif est pratiquement dépourvu de voiries et se trouve à l'écart des routes fréquentées, ce qui lui assure une grande tranquillité et une continuité dans la couverture forestière. De plus, il ne compte que très peu de parcelles enrésinées et les coupes à blanc sont très rares et généralement peu étendues. Seule la partie orientale, au nord du hameau de Matisoy, comporte l'une ou l'autre prairie enclavée, en plus de la clairière du Tri Pirard.
La majorité des données biologiques disponibles en l'état (mars 2023) provient du suivi de la réserve Natagora assurée principalement par deux naturalistes locaux (M. Lambert et O. Roberfroid). Constituée d'une clairière entourée de boisements feuillus, cette réserve héberge une flore très intéressante caractéristique des prés de fauche humides et des prairies humides oligotrophes: Carex tomentosa, Platanthera chlorantha, Ophioglossum vulgatum, Carex caryophyllea, Potentilla anglica, Achillea ptarmica, Colchicum autumnale, Succisa pratensis, Carex ovalis, Stachys officinalis, Carex cuprina, Carex flacca, Carex pallescens, Juncus conglomeratus, Juncus inflexus, Luzula multiflora, Senecio erucifolius, Lychnis flos-cuculi, Primula veris, Selinum carvifolia, Bromus racemosus, Silaum silaus, etc. On y observe aussi quelques plages de magnocariçaies à Carex acuta et Carex acutiformis.
La partie forestière comporte des éléments de chênaies-charmaies schisteuses à stellaire et de chênaies-frênaies subatlantiques neutrophiles sur sol hydromorphe (d'après la cartographie N2000).
Pour le reste du massif, les informations sont très partielles et ne permettent pas de rendre compte des habitats présents de façon suffisamment précise. La plupart des données botaniques sont d'ailleurs concentrées le long de la lisière au pied du versant sud. Elles font néanmoins état d'une flore très diversifiée. Parmi les espèces de colluvions et les espèces colonisant les abords des ruisselets, citons notamment Allium ursinum, Caltha palustris, Scrophularia auriculata, Ranunculus auricomus, Cardamine pratensis, Primula elatior, Lathyrus linifolius, Barbarea intermedia, Poa chaixii, Lysimachia nummularia, Ranunculus flammula, Cardamine flexuosa, Carex remota, Carex pendula, Epilobium roseum, Epilobium obscurum, Prunus padus, etc.
Localement, s'observent aussi des plantes des pelouses sèches comme Potentilla neumanniana, Ononis repens et Dianthus armeria, d'ourlets calcicoles et mésophiles comme Digitalis lutea, Verbascum lychnitis, Trifolium medium, Origanum vulgare, Echium vulgare, Orchis mascula, Hypericum hirsutum, Carex spicata, ...de landes acides comme Calluna vulgaris, Veronica officinalis, Danthonia decumbens, ou encore un lot de plantes de friches rudérales et moissons comme Anagallis arvensis subsp. foemina, Lepidium ruderale, Kickxia elatine, Galega officinalis, Linaria repens, ...
La présence d'une flore typique des ornières et grèves oligo-mésotrophes est à relever tout spécialement. Il s'agit en effet d'un habitat rare et menacé à l'échelle de la Région wallonne et qui regroupe diverses espèces souvent fragiles et localisées: Centaurium pulchellum, Centunculus minimus, Lythrum portula, Callitriche platycarpa, Persicaria mitis, Plantago major subsp. intermedia, Gnaphalium uliginosum, Hypericum humifusum, ...