水上公园牡丹园是津城面积最大、品种最多的牡丹园，共有8000株牡丹，包括红、白、黄、粉、紫、复色、黑等9大色系40个品种。根据品种、花期搭配种植，每年4月10日左右，早期品种开始开放，到5月初仍有晚期品种开放，延长了观赏时间。牡丹园位于水上公园八岛东部，充分结合现状绿地情况，采用传统自然式牡丹园的布置方式，将牡丹孤植、群植、丛植在一起，配合种植芍药、月季，形成高低错落、疏密有致、步移景异的自然景观；把绿地处理成自然起伏、坡地，创造出良好的牡丹观赏和生长条件，从而突出牡丹品种的优良性状，充分表现出牡丹的观赏效果。另外，还将文化意蕴融于园中，通过牡丹仙子、牡丹台、地景、石刻等文化载体，突出表现牡丹国色天香、雍容华贵的气质。