Контрасты в рельефе и климате сказались и на разнообразии почвенно-растительного покрова Люксембурга, который формировался в основном на осадочных песчано-глинистых отложениях, сланцах и известняках.
На горных склонах Арденн под лесами развились бурые лесные почвы. Они имеют небольшую мощность и малоплодородны, поэтому склоны используются большей частью под пастбища. На юге и юго-западе Люксембурга, за исключением долины Мозеля, распространены перегнойно-карбонатные плодородные почвы, используемые повсеместно под сады, виноградники, огороды, поля. В мозельских и зауэрских долинах преобладают коричневые почвы и рендзины, или дерново-карбонатные почвы, сформировавшиеся на карбонатных породах под хвойными, лиственно-хвойными и широколиственными лесами. В понижениях распространены торфянистые почвы.
В конце XVIII — начале XIX в., когда Люксембург входил в состав Франции, он назывался лесным департаментом (Форэ). И до сих пор по сравнению с другими странами Западной Европы Люксембург поражает большой (относительно размеров его территории) площадью лесных массивов, естественностью своей природы. Более 1/3 территории герцогства занимают дубовые и буковые леса.
Почти все леса сосредоточены в Эслинге и северной части Гутланда. Здесь кроме дуба, бука, граба растут ясень, ольха, на плоскогорных торфяниках — береза. Среди кустарников чаще всего встречаются орешник, бересклет, калина, шиповник, жимолость.
В верхних частях северных и западных склонов Арденн в Эслинге можно увидеть также хвойные деревья: лиственницы и ели. Сосны были завезены в Люксембург примерно 150 лет назад и в настоящее время определяют ландшафт на крайнем севере Эслинга.
На торфяных и бесплодных песчаных почвах часто встречаются верещатники — вечнозеленые кустарники, имеющие жесткие узкие листья. Вересковые пустоши типичны для мест с прохладным и влажным климатом. Среди вереска попадаются куртинки кустарничков брусники, водяники, голубики, черники, много мхов и лишайников.
Для горных трав характерны различные виды питательного злака — райграса (в переводе с английского буквально: «ржаная трава»), основного растения пастбищ. Райграс хорошо отрастает после стравливания и скашивания и поедается всеми видами скота.
На юге и юго-западе Люксембурга с его плодородными перегнойно-карбонатными почвами большие площади используются под сельскохозяйственные угодья. Здесь же разбито множество парков, которые в какой-то степени восполняют вырубленные леса.
В герцогстве встречается немало южных растений из средиземноморской флоры, достигающих здесь северной границы своих ареалов: грецкий орех, абрикос, а из кустарников — падуб, самшит, кизил, барбарис. Многие из этих видов в южной части Люксембурга окультурены и составляют важную часть насаждений в парках, на приусадебных участках и в садах.