鼎湖山自然保护区1956年成立，由中国科学院华南植物园鼎湖山树木园负责管理。中国科学院华南植物园作为主管部门，领导鼎湖山树木园的业务、行政和人事。

1956年6月30日，由秉志、钱崇澍、杨惟义、秦仁昌、陈焕镛等5位著名科学家在第一届全国人大三次会议上提出的关于“请政府在全国各省（区）划定天然林禁伐区保存自然植被以供科学研究的需要”的提案（亦称九十二号提案）获得通过。由国务院交林业部会同中国科学院、森林工业部研究办理。鼎湖山确定为“国家自然保护区”。

当文革十年浩劫来临时，鼎湖山树木园被下放到肇庆地区。1967年－1969年10月，鼎湖山树木园由肇庆专区革命委员会生产组林业服务站管理；1969年11月，与鼎湖旅行社等其他单位合并成为“五七”干校；1972年1月－1973年1月转属肇庆地区林业处领导。1973年2月－1974年3月，转由肇庆星湖旅游管理处管理，并改名为肇庆鼎湖树木园。

1974年，鼎湖山树木园重新隶属广东省植物研究所，但实行省地双重领导。1977年，由于广东省植物研究所复名为中国科学院华南植物研究所，鼎湖山自然保护区重新回到中国科学院的怀抱。

1978年，中国科学院鼎湖山森林生态系统定位研究站成立。

1979年，鼎湖山自然保护区加入联合国教科文组织“人与生物圈计划”（MAB）保护区网络。

1982年10月，在第一届全国自然保护区学术讨论会上，鼎湖山树木园副主任丁广奇作大会特邀报告。

1988年10月，为了加强鼎湖山自然保护区管理机构的效能，经有关部门批准，设立鼎湖山自然保护区管理处，与鼎湖山树木园为同一班子。

1993年，鼎湖山自然保护区作为第一批40个成员之一加入中国生物圈保护区网络。

1994年，国家邮政局首次以自然保护区为题材发行邮票，《鼎湖山国家级自然保护区》特种邮票一套4枚面世。

1996年，中国人与生物圈国家委员会组织了对鼎湖山自然保护区的评估，充分肯定了鼎湖山自然保护区各方面的成就。

1998年，国家环保总局发文，确认鼎湖山为1956年成立的国家级自然保护区。

1999年06月，随着全国自然保护区建设的飞速发展，为使鼎湖山国家级自然保护区的管理体制与全国的国家级自然保护区管理机构接轨，经上级批准，鼎湖山国家级自然保护区管理处更名为鼎湖山国家级自然保护区管理局。

2006年10月，在全国自然保护区建设五十周年纪念大会上，鼎湖山国家级自然保护区由于各方面工作出色，被国务院七部委授予“全国自然保护区管理先进集体”。鼎湖山保护区管理局黄忠良被评为“全国自然保护区管理先进个人”

2009年11月，第三届海峡两岸森林动态样区研讨会在鼎湖山国家级自然保护区召开。

2010年02月，中科院副院长丁仲礼院士在资环局局长范蔚茗、广州分院副院长陈广浩等陪同下，视察了鼎湖国家级山自然保护区。

2010年05月，2010年是“生物多样性年”，鼎湖山保护区管理局局长叶万辉研究员前往上海参加联合国教科文组织人与生物圈计划-中国人与生物圈国家委员会“可持续发展与生物多样性论坛”暨第十二届中国生物圈保护区网络大会。

2010年11月，国家林业局副局长印红前来鼎湖山保护区检查指导野生动植物和自然保护区工作。