Die Gehölzsammlung ist von hohem gehölzkundlichem und parkhistorischem Wert.
Mit den Jahren sind die Bäume prächtig gediehen. Zu den interessantesten Arten zählen bei den Laubgehölzen Judasblattbaum (Cercidiphyllum japonicum), Judasbaum (Cercis siliquastrum), Blumen- und Baumhartriegel, Hickorynuss, Tauben- oder Taschentuchbaum, Flügelnuss, Blauglockenbaum sowie verschiedene Eichen, Magnolien und japanische Ahornarten. Bei den Nadelgehölzen sind Colorado-, Korea- Silber- und Sicheltanne, die Atlaszeder, verschiedene Lebensbaum- und Scheinzypressenarten und -formen, Mammutbäume und Sumpfzypressen hervorzuheben. Als lebendes, 250 Millionen Jahre altes Fossil - weder Laub- noch Nadelbaum - ist der Ginkgo vertreten. Tulpenbaum, Ahorn, Kastanie und Hickorynuss setzen mit ihren jahreszeitlichen Blüten und Blattfärbungen deutliche Akzente. Atlaszeder, Flügelnuss und Mammutbaum sind heute wahrhaft riesig. Auch wenn im Laufe der Zeit einige Gehölze aus dem Park verschwunden sind, so weist er dennoch eine beachtenswerte Fülle an Farben und Formen auf.
Ein charakteristisches Element bilden die Wiesenräume. Während die Flächen zwischen der Anger und dem Brügelmannweg je nach Witterung bis zu 15 mal im Jahr gemäht werden, erhalten die Bereiche westlich der Anger bis zum angrenzenden Waldbestand wesentlich weniger Schnitte, um Wildkräuter und flächige Zwiebelpflanzungen zu fördern.
Nördlich der Anger geht der Park in einen geschlossenen Waldbestand über, der zum größten Teil aus heimischen Baumarten besteht, wie: Buchen, Eichen, Eschen und Erlen. Eingestreut sind aber auch hier exotische Gehölze, von denen der Mammutbaum (Sequoiadendron giganteum) - der in seiner kalifornischen Heimat bis 80 m hoch werden kann - wohl der Bedeutendste ist.
Im Poensgenpark sind drei Alleen bzw. Alleenfragmente vorhanden, von denen die wichtigste die Kastanienallee ist. Im nordwestlichen Parkbereich sind in der Achse des Zugangs von der Cromforder Allee noch Reste einer älteren Spitzahornallee vorhanden. Ursprünglich bestand dieses außerhalb des Parks nach Osten weiter führende Element vermutlich aus Linden und Stieleichen. Von der ehemaligen Scheinzypressenallee, die sich südlich des Angerhauses an die Kastanienallee anschloss, ist in Höhe der Pergola nur noch ein Exemplar vorhanden.
Im lichtoffenen Parkteil wurde nach 1956 durch Dr. Rohland eine kleine Ahorngruppe angelegt. Auf Empfehlung der Gartenarchitekten Wörner wurde dieser Bereich nach 1995 durch weitere Gehölze und eine Staudenpflanzung ergänzt. Hierdurch wurde eine geschlossenere Wirkung erzielt.
Dort, wo die Villa - von der Familie selbst bescheiden "Angerhaus" genannt - bis zur Bombardierung im März 1945 stand, hatte Poensgen auch einen üppigen Garten angelegt. Die historischen Fotos geben Zeugnis von einer gärtnerisch aufwändigen Gestaltung des terrassiert angelegten Areals. Im Rahmen der Restaurierungsarbeiten zur EUROGA 2002plus wurden hier als Zitat der historischen Nutzung ein Stauden- und Rosengarten nach Plänen der Eheleute Wörner angelegt.
Da keine Pflanzpläne mehr aus der Zeit vor der Zerstörung auffindbar sind, kam hier ein Sortiment zur Verwendung, das nachweislich aus dieser Zeit stammt. Die 2006 ausgewerteten Fotos geben neue Anhaltspunkte über die Stauden und die Gehölzverwendung im Bereich des Angerhauses.
Begünstigt durch seine Lage, als Landschaftspark angrenzend an die offene Landschaft, aber auch durch seine Gestaltung. offene Wiesenflächen, Staudenfluren, Feuchtgebiete und Wald, haben sich im Park eine Vielzahl von Tieren angesiedelt. Bemerkenswert ist aber auch die Artenvielfalt. So findet man im Poensgenpark neben acht Heuschreckenarten auch 23 Libellenarten.