多肉植物也称多浆植物、肉质植物，意指这类植物具有肥厚多汁的肉质茎、叶或根。
多肉植物区面积约4公顷，始建于1999年，建有仙人掌科植物展馆、多肉植物展馆、森林性多肉植物展馆三个室内展馆，以及一个模拟沙漠环境的室外展区。该区现收集有50余科近3000种（含品种）多肉植物，是我园最具特色的专类园区之一，也是我国多肉植物栽培与园林应用示范、科学研究和科普教育的重要基地。
多肉植物展馆于2004年5月建成开放，面积约800平方米，主要展示天门冬科、阿福花科、景天科、番杏科、大戟科、刺戟木科等多个科属的多肉植物。馆内有号称中国“第一龟”的龟纹木棉、著名的“拟态植物”生石花、被称为“稻草人”的大型丝兰、大小不一的各种芦荟等。除了地栽部分外，还充分考虑多肉植物的生态习性与观赏特性，应用玻璃展柜进行植物景观展示。
仙人掌科植物展馆于2000年6月开放，面积约800平方米，是国内展示仙人掌科植物种类最多的专类展馆。馆内有气势磅礴的金鯱群、目前国内最高的武伦柱，以及各种多彩多姿、令人称奇的展示仙人掌科植物80多属400余种（含种下单位）。内外两个不同模式的小展馆协调了群体与个体的统一美，不仅突显仙人掌科植物景观的意境，更能增强多肉植物的形态奇趣、超俗脱群的另类韵味；是多肉植物区多年引种驯化、栽培积累与园林推广的具体体现。
森林性多肉植物展馆于2014年春节开放，面积约700平方米，为国内首个森林性多肉植物展馆。馆内展示各种森林性多肉植物160余种（含种下单位），主要有仙人掌科的叶仙人掌属、丝苇属、姬孔雀属和昙花属植物等。