自20世纪80年代中期，南华山腹地的海原县水冲寺、五桥沟、灵光寺林场等几个林业单位，成为当地林草植被建设的重点区域。
1993年10月，海原县在南华山成立10万亩水源涵养林基地建设指挥部。
1997年，在水源涵养林基地建设指挥部的础上，合并原南华山牧场，成立南华山水源涵养林总场。
2004年，宁夏回族自治区九届人大二次会议上，部分人大代表递交了建立南华山自然保护区的议案，划定南华山为省级自然保护区，2004年底，宁夏回族自治区人民政府批准成立海原县南华山区级自然保护区。
2014年12月5日，经国务院办公厅批准，晋升为国家级自然保护区。
宁夏南华山国家级自然保护区位于宁夏回族自治区中部的中卫市海原县，分布于县域中心部位。
南华山所属区域大地构造属于较活动的秦祁昆地槽褶皱系“北祁连褶皱系的北祁连走廊过渡带”，按板块构造观点，本区域所属大地构造位置位于秦岭—祁连活动带祁连—北秦岭褶皱系的北祁连加里东褶皱带南华山断褶带。
南华山出露地层由老到新包括中元古界长城系南华山群（Chnh）、蓟县系园河群（Jxyh）、下古生界志留系上统旱峡组（S3h）、上古生界泥盆系中统石峡沟组（D2s）和石炭系中统羊虎沟组（C2y）、中生界白垩系下统六盘山群（K1l）、新生界古近系始新统寺口子组（E2s）和渐新统清水营组（E2q）、新生界新近系中新统红柳沟组（N1h）和第四系冲、洪积物及黄土沉积。
南华山地区出露了早古生代中酸性岩浆岩，分布在山体西北、北东侧和西侧。南华山地区出露的花岗闪长岩体，受南西华山深大断裂控制，呈北西-南东向展布，构成岩浆岩带。分别沿南华山南、北断裂带侵入于元古界地层中，呈岩株、岩瘤状产出，属浅成侵入体。
南华山地区位于宁夏南部向北东突出的弧形构造体系之中，属于该体系年代新，晚新生代以来持续上升，构成西华山—南华山弧形构造山地。
南华山地区出露老的地层为中元古界长城系南华山群（Chnh），为一套绿片岩-云母片岩-大理岩岩石组合，原岩为海底火山岩和优地槽型海相沉积，表明在中元古代早期发生强烈的拉张和裂陷，中元古代末期，在五台运动作用下，转变为挤压体系，经过北祁连洋壳向南侧西宁—兰州微板块下俯冲，海槽封闭，褶皱隆起。早古生代再度强烈拗陷，早古生代后期强烈的加里东运动使北祁连海槽前寒武纪地层褶皱抬升，并伴有中酸性岩浆岩体侵入。经剥蚀后，在山前低地堆积了泥盆系陆相红色碎屑岩，经过夷平和沉降又接受了石炭系的深灰色泥岩夹砂岩和薄煤层沉积。二叠纪早期本区基本上脱离了海洋环境发育陆相沉积。印支、燕山运动使该地区多次发生褶皱与冲断，进而控制了中、新生代山间断陷盆地的发生与发展。山体进一步抬升，在山前前缘盆地内发育了白垩纪和第三纪沉积。
南华山是宁夏南部六盘山、月亮山、南华山、西华山弧形山地的一部分，为侵蚀构造中山山地地貌。山体呈西北—东南走向，山体内部冲沟切割强烈，断层岩壁较为发育；沟系呈放射状，羽状展布；山脊呈尖棱状、鱼脊状、齿状，有的经风化剥蚀成浑圆状。高峰马万山2954.6米，平均海拔2600米左右，沟口海拔一般北麓2000米，南麓2200米，相对高差700～900米左右。
南华山地区地貌形成与演化明显受地质构造和岩层控制。南华山—西华山深大断裂从元古代开始一直影响本区的构造和沉积。南华山山体自二叠纪早期脱离了海洋环境后，长时期处于隆升剥蚀状态，只是在山前前缘盆地内发育了白垩纪和第三纪沉积。中新世时，曾先后发生过两次构造变形，造成了山体隆升和红柳沟组与清水营组之间的角度不整合。上新世末期—更新世以来新构造运动活跃，构造变形在本区较中新世两次构造变形更加强烈，南、西华山北麓断裂强烈活动，山体进一步隆升，盆地进一步断陷，第四纪地层被错断，形成山边断陷，引起水系、山脊和阶地的变化。
宁夏南华山国家级自然保护区属北温带大陆性季风气候，气温由山麓向山顶逐渐降低。南华山冷月在1月份，月平均气温为-9.8℃，热月在7月，月平均气温为10.9℃，全年平均气温为0.8℃，年较差 20.7℃。平均年降雨量为 495.5毫米，降雨主要分布在植物生长季的5～9月份，占全年降雨量的77.15%。
宁夏南华山国家级自然保护区水文特点是山间河谷及山洪沟较多，但地表径流不大，多为间歇河，季节性变化大，遇到暴雨即发洪水，雨后基本干涸，部分降水渗入地下，以泉水的形式溢出；地下水受地质构造的影响，而大气降水是地下水的重要补给来源。南华山山体内部冲沟切割强烈，沟谷水系呈放射状、羽状展布，分别属于清水河水系二级流域的西河流域和苋麻河流域。南华山有大小冲沟约35条，分别汇入西河、苋麻河。
宁夏南华山国家级自然保护区内林草茂密，植被覆盖度高，有利于涵养水源，降水渗入地下，在山麓以泉眼的形成溢出地表，是周围乡（镇）人畜饮水的重要水源。
宁夏南华山国家级自然保护区由于不同的海拔高度，阴坡和阳坡，所接受的阳光不同、降水和相对湿度的不同、植被类型的不同，形成以垂直地带性土壤灰褐土和山麓为基带土壤黑垆土为主的土类。
灰褐土一般分布在海拔2000～2955米之间，其下部与水平地带性土壤黑垆土衔接，成土母质为红色、紫红色和杂色砂岩、灰绿色云母片岩的风化物，土壤有机质含量高，黑色腐殖质层较厚，有轻度淋溶现象发生，剖面中下部质地较表层土黏，有石灰淀积。分为暗灰褐土：主要分布在海拔2600米以上的山脊和阴坡中上部比较平缓处；石灰性灰褐土：大部分位于海拔2600米以下的阴坡及山谷两旁。
黑垆土类是南华山的基带土壤，一般分布在海拔2000米以下的山麓或低山丘陵区，成土母质多为第四纪黄土。显著的特征是剖面中有比较深厚、暗灰色的有机质层和明显的石灰质假菌丝体，整个剖面质地比较均一，土壤比较肥沃。
宁夏南华山国家级自然保护区地域范围分别与海城镇、史店乡、曹洼乡、红羊乡、树台乡和西安镇接壤。其地理坐标为东经105°31′-105°44′，北纬36°20′-36°33′，呈西北-东南走向，南北宽19.2千米，东西长26.4千米，总面积20100.5公顷。
按照自然保护区功能区划要求，宁夏南华山国家级自然保护区被区划为实验区、缓冲区和核心区三个功能区。其中，核心区6182.1公顷，缓冲区5235.3公顷，实验区8683.1公顷。东南以乱堆子、洼里、老虎崾岘、柳树湾、苋麻湾、石塘为界，西部以种田沟、水担沟，新庄子、崾岘、阳屲、王坡、龚湾为界，北部以菜园、野狐坡、刺儿沟、小山、山门、芦子沟、油房院为界。四至界限以标牌、宣传栏、巡护道路及铁丝围栏为明显标志。
宁夏南华山国家级自然保护区的主要保护对象为山地森林生态系统和山地草原与草甸生态系统。
截至2013年，宁夏南华山国家级自然保护区共有野生维管植物 426 种（包括种以下单位），隶属58科，203属。其中蕨类植物2科2属4种；裸子植物2科5属6种；被子植物54科196属416种。保护区近一半的植物种都有程度不同、类型不同的资源价值，多属于资源植物。其中有药用植物60余种，如黄芪、升麻、党参、天仙子、补血草等；有油料植物十余种，如山杏、风花菜、虎榛子等；有饲草植物20余种，如大针茅、长芒草、短花针茅等；有园林绿化与材用经济植物30余种，如华北紫丁香、毛叶忍冬等。南华山的野生植物中还有淀粉植物、纤维植物、单宁植物、花卉观赏植物、食用果菜类、蜜源植物、芳香植物等多种用途的野生植物，有的植物兼具多种价值。有国家一级重点保护植物发菜，二级重点保护植物蒙古扁桃、华北驼绒藜、短芒披碱草、中麻黄。
宁夏在中国动物地理区划上跨蒙新区的东部草原亚区、西部荒漠亚区和华北区的黄土高原亚区三个亚区。宁夏南华山国家级自然保护区处在蒙新区的西部荒漠亚区边缘。从动物区系成分上来看，蒙新区成分占有优势，华北区与蒙新区物种混杂程度大，带有明显的过渡特征。
截至2013年，宁夏南华山国家级自然保护区有脊椎动物有5纲26目57科126属173种（含116亚种）。其中，鱼纲2目3科8属9种，两栖纲1目2科2属3种，爬行纲2目5科6属10种（含1亚种），鸟纲15目33科80属115种（含80亚种），哺乳纲6目14科 30属36种（含35亚种）。以鸟类占优势，哺乳类次之，两栖类少。
在脊椎动物资源中，有国家重点保护动物22种，其中属于国家Ⅰ级重点保护动物为金雕1种，Ⅱ级重点保护动物21种，其中鸟类Ⅱ级重点保护物种17种（有：鸢、苍鹰、雀鹰、松雀鹰、大天鹅、草原雕、秃鹫、白尾鹞、猎隼、燕隼、红脚隼、红隼、雕鴞、长耳鴞、纵纹腹小鴞等），哺乳类Ⅱ级重点保护物种4种（荒漠猫、兔猕、豹猫、岩羊）。《濒危野生动植物物种国际贸易公约》（CITES）规定的种类25种，列入国际自然保护联盟（IUCN）濒危物种等级动物名录的有24种，列入《中国濒危动物红皮书》动物名录的有9种，有中日保护候鸟及其栖息环境协定规定的保护鸟类42种，有中澳保护候鸟及其栖息环境协定规定的保护鸟类13种，列入国家保护的有益的或者有重要经济、科学研究价值的陆生野生动物名录的有65种，属于宁夏重点保护动物有35种。
宁夏南华山国家级自然保护区有昆虫16目132科530种。主要由鞘翅目、鳞翅目、半翅目、双翅目、直翅目和膜翅目种类组成，其中鞘翅目34科179种、鳞翅目26科156种、半翅目18科56种，6个目的科数为110科、占保护区昆虫总科数的83.33%，物种数为480种、占保护区昆虫总种类数的90.56%。
宁夏南华山国家级自然保护区管理机构为南华山自然保护区管理处，实行三级管理体制，行政上直属海原县人民政府领导，业务接受宁夏林业局和中卫市林业局指导。保护区管理处下设办公室、科研中心、计划财务科、管理站、保护点、检查站。
宁夏南华山国家级自然保护区功能区划调整后，原来设立在四桥的管理机构成为核心区，管理机构搬迁到县城，由县政府调剂办公场地。
截至2013年，宁夏南华山国家级自然保护区有管理站6个、瞭望塔2个、设立解说牌2块，大宣传牌2块，小宣传牌60块。在周边设立固定标准地60块。配有少量计算机等办公设备，及公务车、对讲机、GPS、通讯和科研设备等。
