保护区始建于1994年，2001年经江西省人民政府批准晋升为省级自然保护区，2008年经国务院批准晋升为国家级自然保护区。
保护区位于江西省资溪县的东北部，地处武夷山脉中段，闽赣交界的武夷山脉西麓，地理坐标为东经117°09'11"-117'18"，北纬27°40'50"-27°53'52"。
东由与福建省交界的野鸡顶起，向南至观音尖，再至南边的1224米山峰，沿东港与南港分水山脊到西边的月峰山，向北沿山脊至东源桥头，跨昌坪河到高阜尖至东坑村后山脊，沿东南方向山脊到五台山，转向东沿山脊至黄茅寨小路向北，至与贵溪县交界的香台山，再沿资溪、贵溪县界向东到与福建交界点向南回到东面与福建交界的野鸡顶止。
马头山国家级自然保护区地貌大致具有盆岭相间，棋盘格状展布之格局.大多为燕山期花岗岩，土壤为花岗岩风化形成的山地红壤，山地黄红壤和山地黄壤，以及小范围的山地草甸土。
气候属亚热带湿润季风气候，年均气温16～18℃，年均降水量192919mm，相对湿度83%。年均辐射量为10069711/cm2，年均日照为159716小时，年均霜期270天，年均雾日88天。
保护区位于武夷山脉中段腹地，森林植被以天然常绿阔叶林为主，森林覆盖率达96.3%，生态环境优良，生物多样性丰富。区内有高等植物275科1005属2483种，陆生脊椎动物27目91科387种。
马头山自然保护区保存有较大范围的原生性较强的天然常绿阔叶林，生物多样性极为丰富。高等植物约2500种，其中属国家重点保护植物名录(第一批)有20余种，长叶榧(Torreyajackii)和蛛网萼(Platycraterargnta)，江西仅在此有分布。
其中国家重点保护野生植物有20种，国家重点保护野生动物有54种。保护区主要保护对象为美毛含笑、蛛网萼、伯乐树等大面积的珍稀植物原生种群，其中属国家重点保护植物长叶榧(Torreyajackii)、蛛网萼(Platycraterargnta)为保护区全省特有物种。还有南方红豆杉、福建柏、天然杉木、伯乐树、莼菜、报春苣苔、白颈长尾雉、黄腹角雉、云豹、猕猴、黑熊等珍稀野生动植物物种。
有丰富的野生攀缘植物资源， 通过野外采集及标本的整理鉴定，初步确认该区共有攀缘植物40科92属222种(包括种下等级)。根据对马头山攀缘植物区系分析的结果，该区攀缘植物区系具有以下特征：(1)种类组成丰富，地理成分复杂；(2)区系中热带性地理成分占主导地位；(3)区系成分相对古老，特有类群丰富，多型性突出；(4)华东区系特征明显。
药用植物资源分布
初步查明马头山自然保护区内有药用植物1647种，隶属231科759属，其中裸子植物为13种，隶属8科13属，被子植物1483种，隶属161科653属。区内常用中药为187种，药用真菌29种，药用苔藓27种，药用蕨类88种，药用种子植物1494种，药用珍稀濒危植物62种，药用特有植物18种，江西地理记录新分布8种。
（1）常用中药植物
江西是中国中药材主要产区之一，收购使用的中药有342种，而保护区内的中药就有187种(《中国药典》2000年版收载的)。数量较多的有银杏，侧柏，厚朴，乌药，仙鹤草，金樱子，葛，忍冬，旌节花，吴茱萸，女贞，络石，栀子，钩藤，乌头，威灵仙，大血藤，半夏，白及等。
（2）药用真菌植物
马头山自然保护区鉴定了的真菌有91种，其中29种为药用真菌，如银耳，黑木耳，灵芝，茯苓，香菇，紫红菇，绒紫红菇，菱红菇，侧耳，竹荪等。灵芝，银耳，黑木耳，茯苓为常用中药，在临床上具有较好的治疗效果。此外，许多种类是食药两用的真菌，如洁丽香菇，硬毛香菇，松乳菇，毛木耳等种。
（3）药用蕨类植物江西省蕨类植物有433种，隶属114属49科，其中药用蕨类植物为195种，隶属84属45科。马头山自然保护区的蕨类植物共有142种，隶属62属30科，其中《中国药典》，《中药志》所收载的常用中药有8种，它们分别为石松，紫萁，海金沙，乌蕨，野鸡尾，石韦，卷柏，槲蕨等。214药用种子植物马头山自然保护区内的药用种子植物有1494种(包括常用中药，特有种，珍稀濒危种，新分布等)，其中药用裸子植物13种，双子叶植物1294种，单子叶植物106种。
（4）药用珍稀濒危植物保护区内除具有丰富的中药及药用种子植物，药用蕨类植物等资源外，尚有许多种珍稀濒危植物，其中有相当部分种类为药用植物，区内共有药用珍稀濒危植物62种，它们分别是鹅掌楸，乳源木莲，东方古柯，青牛胆，扯根草，半蒴苣苔，福建柏，短梗大参/花叶开唇兰，石斛等种。保护区内繁多的野生植物种类中，有18种为特有植物，隶属12属13科，均为药用种类，分别为银杏，腊梅，亮叶腊梅，喜树，青钱柳，杜仲，枸杞，华紫珠，老鸦糊，广东紫珠，长柄紫。
药用植物资源
马头山自然保护区内1647种药用植物隶属231科759属，分布区类型广泛，分属14个分布区类型和16个分布区变型[8]，单种属，单种科约有10个，其中常用中药材为187种(均为《中国药典》2000年版收载)，尚有种类繁多的民间草药。从资源的分类群及性状组成分析，1647种药用植物中，药用藻类3种，药用真菌类29种，药用地衣类4种，药用苔藓27种，药用蕨类88种，药用裸子植物13种，双子叶植物1296种，单子叶植物106种。草本植物1002种，木本植物423种，藤本植物157种。区内复杂的自然条件为药用植物的生长发育提供了不同的生态环境。药用植物资源十分丰富，共有药用植物1647种，其中药用种子植物为1496种，隶属666属169科。同样，区内药用植物区系成分十分丰富。
马头山自然保护区内分布的药用种子植物共有174科，其中热带性科为92科，占总科的5219%；温带性科为23科，占总科数的1312%；世界分布的科为41科，占总科数的2316%；东亚和东亚2北美间断分布的科14科，占总科数的8105%；中国特有分布科4科，占总科数的213%。在174科中，含54～73种有3科，分别为菊科73种，豆科56种，蔷薇科54种。含30～42种有4科，分别是禾本科42种，唇形科36种，百合科32种，茜草科30种。含20～26种有8科，分别是樟科26种，兰科25种，马鞭草科24种，大戟科22种，山茶科22种，蓼科21种，葡萄科20种，伞形科20种。412属的分析根据吴征镒的中国种子植物的分布区类系统，马头山自然保护区药用植物的666属，归属于14个分布区类型和16个分布区变型。除中亚分布区类型外，马头山自然保护区的药用种子植物属的分布区类型包括了中国所有15种分布区类型中的14种和31种分布区。
马头山自然保护区药用植物区系与世界各部分的广泛联系及与热带区系的密切联系。热带分布区类型占优势：马头山自然保护区药用植物热带性分布的有316属，占总属数的4716%。东亚及东亚和北美洲间断分布区类型突出：在马头山自然保护区药用种子植物中属东亚及东亚2北美间断分布的共计130属，占总属数的1916%，占中国东亚分布属总数的4315%。古老分布区类型较明显：保护区内的三尖杉，银杏，南方红豆杉，长叶榧树等，为典型的孓遗种或第三，四纪残遗种。鹅掌楸，青钱柳，伯乐树，枫香，腊梅等均为分类学残遗种。中国特有分布区类型较多：中国种子植物特有属为257属，在江西分布的有50属，占中国总属数的1117%，其中药用属为22属，占中国总属数的816%，占江西总属数的7313%。在马头山自然保护区内共有18种药用特有植物，分属于12特有属，占中国总属数的4167%，占江西总属数的24%。413种的分析在马头山自然保护区的1494种药用植物中，中国特有种18种，其中13种为古特有种，5种为新特有种。非特有种类属热带性种约有753种，属于温带性种约有349种，世界性分布种约166种，东亚和东亚2北美洲间断分布种约有208种。从上述分析可见，在马头山自然保护区内的药用植物具有热带，亚热带性性质。
蜜源植物
保护区内的野生蜜源植物资源十分丰富，主要蜜源植物如杜鹃花属植物，该类植物的蜂蜜色浅，蜜质优良，结晶乳白色，味甘甜纯正适口。夏季蜂蜜源植物如小果冬青，花多，泌蜜丰富，对蜜蜂有强烈的诱惑力，蜜浅琥珀色半透明，结晶乳白细腻，味纯正，甘甜，清香适口。秋季蜜源植物如豆科的胡枝子属植物，开花泌蜜时间较长，蜜浅琥珀色，结晶洁白，细腻如脂，气味芳香，甜而不腻，质优良。冬季蜜源植物如山茶科柃属的多种植物，其花香，泌蜜丰富，诱蜂力强，为冬季蜜源植物的特殊种类，蜜水白透明，浓郁芳香，蜜质优良。此外还有刺槐，柿，泡桐，山乌桕，椴树，杜荆等多种蜜源植物，这为发展本地区的养蜂业创造了良好的自然环境。
植物色素作为食品着色剂和纺织染色原料已被广泛应用，如壳斗科的多穗柯叶中富含棕色素，应用于糖果，冷饮，糕点等食品中着色，呈色与可可糖相似，效果良好。茜草科栀子的果实可提取黄色素，可用于纤维染色，也可用于食品着色。茜草根中所含茜草红色素，可用于植物纤维的染色，亦可用于食品着色，鼠李科冻绿的茎皮含绿色素，可用于棉丝织品的染色等。
花卉植物
保护区内野生花卉植物资源丰富，兰科的兰花类植物，如鹤顶兰，斑叶兰，建兰，春兰，寒兰，竹叶兰，花叶开唇兰等，这些植物具有很高的观赏价值，同时又可药用。杜鹃花是世界名花，也是中国十大名花之一，人们对它十分厚爱，其同属植物有满山红，鹿角杜鹃，马银花等均作为观花的花卉植物。观赏的花卉植物还有木兰科，竹科等。此外，保护区内还有许多抗污染植物，它们能够吸收大气中的有害气体，滞留灰尘，杀灭细菌，减少噪音，从而保护大气中氧气和二氧化碳的平衡。如合欢，构树，臭椿，紫薇，杨梅等植物均有抗二氧化硫的特性。抗氯气的有侧柏，樟树，栓皮栎，棕榈，女贞，石楠，蚊母树，胡颓子，枸骨等。抗镉污染源的植物有尾叶冬青，刺果卫矛等。抗硫化物的植物有枫杨，喜树等。抗汞植物有山楂，刺槐，枇杷等。朴树，榆树，银杏，桑树，木槿以及臭椿，枇杷，紫薇，乌桕等具有吸尘，滞尘能力强特色。
保护区总面积13866.53公顷，其中核心区4286.08公顷、占保护区总面积的30.9%，缓冲区3438.72公顷、占24.8%，实验区6141.73公顷、占44.3%。
药用植物资源开发与利用
马头山自然保护区由于所处的特殊地理位置，区内有着丰富的中药材资源。据初步统计，蕨类植物在《中国药典》中收载的有4科5属8种。种子植物在《中国药典》中共收载86科149属179种。保护区内悬钩子属植物有18种之多，其中大部分种类的果实可作覆盆子中药使用，覆盆子能益肾，固精，缩尿，用于肾虚尿频，阳痿早泄，白带增多等症。保护区尚有许多种类中药，如细辛类，木通类，五味子类，栝楼类，前胡类，五加皮类，吴茱萸类，麦冬类，薯蓣类，七叶一枝花类，沙参类以及乌头，黄连，草珊瑚，钩藤等中药。由于特殊的地理环境，保护区内中药资源种类极丰富，有的种类蕴藏量较大，但有的蕴藏量较小的如石斛，独蒜兰，石仙桃，徐长卿，八角莲等，这些种类应注意不可过度采挖，应采取合理措施，使这些中药资源永续利用。而对于保护区庐山石韦，槲蕨，大血藤，大叶冬青，山鸡椒，山腊梅，柳叶腊梅，崖豆藤属，猕猴桃属等植物，可以进行合理的开发利用。
区内芳香植物资源丰富，蕴藏量大，其种类较多的科有樟科樟树叶，枝干，树皮均含挥发油(樟油)，平均含量3%～6%，油中含樟脑10%～50%。樟油经分馏后又分为白樟油，红樟油和兰樟油，分别为制取桉油油素的原料，合成香料的原料。细叶香桂的叶是鱼肉菜肴，酱油，泡菜，罐头等的重要配料，能增加食品风味，具有强烈芳香和辛辣气味。菊科野菊花的干花和叶含油011%～012%，可提取芳香油(油中主要含有α2蒎烯，柠檬烯，桉油精等)或浸膏，调制各种皂用香精。
