1973年，成立了利川县水杉管理站；
1981年，恩施地区行政公署批准成立星斗山自然保护区；
1982年，设立了省级小河水杉自然保护点；
1988年2月21日，湖北省人民政府批准星斗山为省级森林和野生动物类型的自然保护区；
2001年，恩施州政府将星斗山自然保护区和小河水杉自然保护点合并申报国家级自然保护区，重点保护小河水杉原生种群栖息地和星斗山珍稀动植物生存环境。
2002年3月，全国人大代表联名提出“关于要求湖北省恩施州星斗山小河自然保护区升级为国家级自然保护区”的提案，得到了国家领导人和有关职能部门的高度重视和支持。
2003年，历时一年，经5次评审，申报终获成功。6月6日，中华人民共和国国务院办公厅发布“国办发[2003]54号”文件，将星斗山自然保护区晋升为国家级自然保护区。6月9日由国务院批准、国家林业局正式授牌成立“湖北星斗山国家级自然保护区”。该保护区是一个以水杉等珍稀植物及其生境为主要保护对象的自然保护区。
星斗山国家级自然保护区位于鄂西南利川市、恩施市、咸丰县三县市境内。保护区属武陵山系北上余支和大巴山系巫山余脉齐岳山向东南的延伸部分，地处我国西南高山向东南低山丘陵过渡的第二和第三阶梯的过渡地带。境内山峦起伏，孤峰兀立，沟壑纵横，海拔672~1751.2m。本区地势中部高，四周低，河流分布呈典型的放射状水系，从中部顺着地质构成线和山势分向四面八方流出。水系大致分为：由东流入长江的清江水系；分别由东南、西南流入乌江的毛坝河、郁江的乌江水系；向西流入长江的石柱河；向西北和东北流入长江的建南河、磨刀溪和梅子水的长江水系。保护区地处武陵山脉与巫山山脉的交汇部，属中亚热带大陆性季风气候。因区内地形特殊，并有大巴山系巫山余脉作屏障，第四纪冰川期，未受到冰川的影响，使其成为第三纪植物的“避难所”。
星斗山国家级自然保护区总面积68339h㎡（星斗山片面积42571h㎡，小河片面积25768h㎡），其中核心区21165h㎡，缓冲区14932h㎡，试验区32242h㎡。分东部星斗山片和西部小河片，属野生生物类别野生植物类型自然保护区。
重点保护珍稀动植物种群，面积42571h㎡，位于利川市、咸丰县、恩施市三县市交界处，北纬29°57′ -30°10′，东经108°57′-109°27′，东以恩施市盛家坝乡的马鹿河为界，西至利川市元宝乡的红椿沟，南起咸丰县黄金洞乡的利咸路，北至利川市毛坝乡的黄泥坝；
重点保护水杉原生种群及其模式标本产地，面积25768h㎡，位于利川市境内，北纬30°04′-30°14′，东经108°31′-108°48′，东起忠路镇的老屋基，西至汪营镇的高笋塘，南起忠路镇龙塘铺，北至汪营镇的交椅台。
星斗山国家级自然保护区属自然生态系统类中的森林生态系统类型自然保护区，主要保护对象为中亚热带森林生态系统以及水杉原生群落和珙桐、台湾杉等珍稀野生植物及野生动物。
地处我国西南高山向东南低丘陵过渡地带，因有大巴山系巫山余脉作屏障，而成为第三纪植物“避难所”。保护区内植被丰富而复杂，集中保存了大量古老孑遗、濒危珍稀植物和野生动物。据调查，整个保护区境内有维管束植物201科、843属、2033种，其中国家一级重点保护植物水杉、珙桐、光叶珙桐、红豆杉、南方红豆杉、银杏、钟萼木、莼菜8种，国家二级重点保护植物秃杉等29种。起源古老珍稀濒危植物达40余种，属世界性、全国性特有树种7种。境内有野生动物1746种，其中列入国家一级重点保护动物有金钱豹、云豹、金雕、林麝4种，国家二级重点保护动物46种。
属云贵高原东北延伸地带，处于武陵山脉与巫山山脉的交汇部，因四面高山环抱形成一封闭长形山谷，幸免第三纪冰川侵袭，而成为水杉原生种群及其模式标本产地。20世纪40年代，中国林学界在小河片内的谋道镇磨刀溪首次发现生存的天然水杉并鉴定命名，被视为近代生物学上的重要发现，誉为“活化石”和植物中的“国宝”，并成立了“中国水杉保护委员会”。小河片内分布有水杉原生母树5746株，至今仍保存着古水杉原生群落。谋道溪水杉王（系I号水杉）有“天下第一杉”之美称，小平同志1992年南巡时曾提及此树。莼菜在中国国内除杭州有少量栽培外，仅产于小河片内的福宝山。
本区植物区系成份复杂、物种资源丰富，且古老孑遗植物种类多，为中国重要的物种基因库之一。据初步调查，有维管束植物200科843属2033种，其中蕨类植物30科59属132种，裸子植物8科22属28种，被子植物162科762属1873种，列为国家Ⅰ级保护的野生植物有水杉、珙桐、莼菜、南方红豆杉等8种，列为国家Ⅱ级保护的野生植物有台湾杉、黄杉、榧树、水青树等29种。脊椎动物有29目90科378种，其中兽类8目24科72种，鸟类17目46科226种，两栖类2目9科38种，爬行类2目11科42种。昆虫有178科1368种。列为国家Ⅰ级重点保护的野生动物有豹、云豹、金雕3种，列为国家Ⅱ级重点保护的野生动物有猕猴、穿山甲、黑熊、中华虎凤蝶等47种。
星斗山国家级自然保护区是孑遗植物水杉的模式标本产地，也是世界上现存的水杉原生群落集中分布区，具有极高的典型性，对研究古生物、古气候、古地理等均有着极为重要的科学价值。同时还是清江的源头，动植物生长繁育的天堂，其巨大的种质资源保护、蓄水、保土、保肥、减灾增产、调节气候等功能，正在其范围内及周边地区全面发挥。
