1999年10月，无棣县人民政府批准建立县级“无棣县海洋古贝壳堤自然保护区”。
2002年1月，山东省省政府批准建立 “无棣贝壳堤岛与湿地系统省级自然保护区”。
2004年2月，山东省省政府批准更名为“滨州贝壳堤岛与湿地系统省级自然保护区”。
2006年2月16日，国务院批准晋升为国家级自然保护区。
2011年3月12日，国务院办公厅同意滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区的范围和功能区调整申请，调整后保护区总面积43541.54公顷。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区位于山东省滨州市境内，渤海湾西南岸 ，距离滨州市区约100余公里。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区属北温带东亚季风区域大陆性气候。具有夏热多雨，冬寒季长，春季多风干燥，秋季温和凉爽的特点，年平均气温12℃左右。春季3~5月，暖空气开始活跃，冷、暖空气相互消长，高低压系统交替频繁，气候多变，但仍受极地气团控制，暖空气不能大量输送，降雨少，大风日数多，温度上升快，三月份平均5℃左右，5月升到20℃左右，由于风大，雨少，蒸发快，常春旱；夏季6~8月，太平洋高压增强北上，是全年气温高，湿度大，降水多的季节，夏初盛吹西南风， 6月下旬至8月底为雨季，气候湿热，降水可占全年70%，有时酿成涝灾；秋季9~11月，北方的冷空气开始活跃，暖空气萎缩，10月开始秋高气爽，风和日丽，能见度高，昼夜温差大，秋末，北风增多，气温下降；冬季，12~2月份，受强大的蒙古高压的控制，北风盛行，气候干燥寒冷。
岩石构造
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区位于郯庐断裂以西，埕宁隆起与济阳凹陷的接触带上，次一级构造北为埕口凸起，南为车镇凹陷，二者之间为东北向S形的埕南断裂和大山火山岩喷发区。埕口凸起由古老变质岩系组成，其上缺失中生代和下第三纪地层，不整合沉积了上第三系和第四系。车镇凹陷为济阳凹陷北部的次一级构造，沉降中心在凹陷的东部、杨庄子以北地带，为北坡陡南坡缓的箕状凹陷盆地，凹陷内沉积较厚的中、新生代地层。
地层
古生界、中生界主要分布在保护区南部的车镇凹陷中，奥陶系为海相碳酸岩地层，石炭二迭系和侏罗系为一套砂岩、泥岩、灰岩和煤层（厚1米~2米）的陆相和海陆交互相沉积，厚250米~300米。白垩系为中酸性火山岩和火山碎屑夹泥岩。下第三系厚约2200米~2500米，为孔店组、沙河组和东营组湖相、河湖相和咸化泻湖相灰白色砂岩、泥岩、灰岩和杂色砂泥岩，中部含油气，底部夹煤层。上第三系明化镇组黄色棕黄色泥岩、灰白色砂岩，厚600米~800米，广泛沉积于凸起和凹陷之上。第四系下部以火山岩分布最广，厚50米~150米；上部为海陆交互层，凹陷区厚200米~300米，向北变薄。全新世的海相层由粘土质粉砂组成，厚约10米左右。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区位于黄河三角洲平原沧州－德州和利津两大叶瓣之间的沉溺带上。地势低平，主要外动力是潮流和波浪。全新世数千年来发育了较宽阔的滨海湿地和贝壳滩脊相间的潮滩地貌，保护区主要位于滨州的北部，区域地貌包括滨海缓平低地、贝壳滩地、潮上湿地和浅平洼地以及潮间湿地和潮下湿地。按成因分，主要类型有滨海缓平低地、贝壳滩地、潮上湿地、潮间湿地和潮下湿地。
滨海缓平低地
河流下游两侧河流沉积区，地形低洼平缓，高2米-3米，由粉砂质砂和粘土质粉砂相间组成。分布于埕口镇以北，漳卫新河堤外，为黄河三角洲叶瓣外侧的残留平地，特大风暴潮时可将其淹没。
贝壳滩地
区内分布两列贝壳滩脊系列高地，一为埋藏型，二为堤岛裸露型。
埋藏型贝壳滩脊：保护区西南边缘为高2米~3米，西北至东南延伸的条带高地，俗称无影山，地表0.5米以下为厚1米~2米的贝壳－贝壳碎屑层，自张家山子、李家山子、邢家山子、下泊头、马家山子至杨庄子，长约20千米，为第一列埋藏型古贝壳滩脊，贝壳层中含淡水，均辟为耕地。耕作层厚0.8米左右，不利于保护，只有下泊头村东侧尚保存一片未被辟为耕地的贝壳堤，剖面中尚见贝壳碎屑层，斜层理和完整贝壳，调整后列入实验区。
堤岛型贝壳滩脊：主要贝壳堤岛分布于北部核心区内，组成西北至东南向伸展的线状高地。贝壳岛高1.0米~2.5米（黄海基准），局部高3米~4米。受贝壳碎屑的加积，大潮高潮时仍岛状裸露。贝壳岛平面上形似弯月，凸侧向海，弯侧向陆，弯内堆积贝壳碎屑，垂向厚2~3米显示贝壳与贝壳碎屑的间层构造。含有浅层淡水。贝壳岛向海发育新贝壳滩堤，暴风浪期间，可堆积到贝壳岛的向海侧。核心区主要的贝壳堤岛：
旺子堡贝壳岛又称王子岛，与棘家堡相连，面积0.75平方千米（20世纪90年代面积约1.075平方千米），岛由贝壳和其碎屑组成，贝壳包括文蛤、镜蛤、鸭嘴蛤、兰蛤、樱蛤、梯蛤、中华青蛤、四角蛤、强棘红螺、纵带锥螺、扁玉螺、昌螺、珠带础螺、笋螺、毛蚶、近江牡蛎、竹蛏等23种。贝壳碎屑层厚3.8米，沉积于距今1300-2500年，其下为潮滩沉积层。
大口河堡贝壳岛位于大济公路起点，漳卫新河口东侧。1993年面积为0.35平方千米，至2012年为0.15平方千米，高1.9米。贝壳层3.4米，沉积于距今近2000年的东汉时期，贝壳层以下为潮滩沉积层。
老沙头堡贝壳岛位于马颊河口东岸，面积约0.55平方千米，高2-3米，贝壳堤岛形态呈向东凸出的弧形。贝壳碎屑层厚4米，沉积于距今1800年，下伏浅黄色潮滩沉积层。
潮上湿地
两条贝壳堤岛之间为潮上湿地，宽约15千米，高程0~0.5米（黄海基准），坡度0.1‰~0.2‰左右。湿地上分布很多树枝状潮水沟和黄河三角洲叶瓣的残留体，地表为薄层粘土质粉砂潮汐沉积，下部为潮滩沉积，大潮高潮时，海水通过潮沟溢至滩地，小潮高潮时只有潮沟灌满海水，低潮时潮沟干出，滩地成白色盐碱滩，局部可见丛状碱蓬，实验区的潮上湿地多辟为盐田或养殖池。
潮间湿地和潮下湿地
贝壳堤岛系列高地向海为粉砂淤泥质潮间湿地，坡度0.1‰~0.3‰，自岸向海粒度由细粉砂增至粉砂质细砂。可细分成三个亚带：潮间上带宽100米左右，小潮高潮时裸露呈白色盐碱滩，显龟裂纹。大潮高潮时可淹没，泥泞、生物洞穴多达80~100个/平方米；潮间中带宽约1~2千米，坡度更缓，滩面呈许多直径1~3米，深10厘米的潮流坑洼，垂向呈粉砂质粘土和粗粉砂互层；潮间下带宽约1~2千米，滩面不下陷，发育大量沙波，由粗粉砂－细砂组成，下限为低潮线。潮间湿地为贝类增养殖区。
低潮线以外坡度稍增大，进入潮下滨面带，宽约2~3千米，水底沙波渐由宽缓而消失，粉砂和粉砂质粘土组成，有机质高，自然贝类较为丰富。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区地表淡水来源有二：一是大气降水，二是过境客水。大气降水多集中在夏季，年均径流量1.21×108立方米，枯水季节仅121×104立方米，除少量被水库拦截外，大部分径流泄入渤海。过境客水主要有漳卫新河、马颊河、德惠新河。
漳卫新河又称四女寺碱河，自德州地区流入，在境内流长38千米，在大口河岛西侧入海，进而沿黄骅港导堤方向流动。
马颊河和德惠新河在境内流长分别为40.36千米和57.5千米，在保护区东北部汇合又于老沙头堡贝壳岛西侧入海。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区地下淡水资源十分缺乏，地表以下十几米深均为海相地层，饱含海水或微咸水。地下淡水主要分布于贝壳堤岛，为上层滞水，见于旺子堡、大口河堡。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区东以4.5米水深线为起点，向西南经马颊河河口东岸沿养殖池堤坝向南，经老沙头东侧至死河，沿死河西岸向东南经堤坝到达傅家堡子东侧进入潮河，沿潮河向南至马山子北侧孙岔路；南以孙岔路为起点，向西至下泊头村北、黄瓜岭村东，沿孟庄子盐场老防潮坝至大济路东；西以大济路路东为起点，向北至大口河堡，从东侧绕过大口河堡，沿护岸底绕至漳卫新河河道；北以大口河堡西侧的漳卫新河河道为起点，沿河道东边界向东北方向延伸，至4.5米水深处，沿4.5米等深线东延，至东端马颊河河口外4.5米水深处止。
调整后的保护区核心区浅海边界自漳卫新河河道东边界向西北延伸217米后转向大致平行于保护区处边界的方向延伸，至水深2.5米附近后，沿大致平行岸线方向延伸至马颊河河口外水深2.5米处，转向陆连接至马颊河西岸，越过马颊河并绕过老沙头向南延伸后返回马颊河西岸，沿养殖池堤坝至车网城盐场，绕过车网城盐场结晶池，至西侧第二盐池堤坝向北至高坨子河口，向西绕过大口河堡至漳卫新河河道东边界止。滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区地理坐标介于东经117°46′58.00″—118°05′42.95″，北纬38°02′50.51″—38°21′06.06″之间，总面积43541.54公顷，其中：核心区面积15547.28公顷，缓冲区面积13559.27公顷，实验区面积14434.99公顷。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区主要保护对象为贝壳堤岛和滨海湿地，属海洋自然遗迹类型自然保护区。
截至2011年，滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区有滨海湿地植物350种65科285属，如国家二级保护植物野大豆，珍稀野生自然植物罗布麻、麻黄等。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区是东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁徙的中转站和越冬、栖息、繁衍地，截至2011年，保护区有鸟类达45种，属9目21科34属，其中留鸟9种，夏候鸟18种，冬候鸟4种，旅鸟14种，主要有一级保护动物大鸨、白头鹤，二级保护动物大天鹅、灰鹤、短耳鸮等。有形成贝壳堤岛的物源文蛤、蓝蛤、牡蛎等贝类软体动物30余种。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区的管理机构为滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区管理局。
开展滨海湿地恢复和重建工程建设，实现湿地生态系统的可持续发展。主要通过控制污染源和清除污染，改善水体质量；疏通潮汐通道，纳潮冲淤，延缓潟湖衰竭过程，并部分恢复其功能；将部分围垦人工湿地退为自然湿地，恢复湿地动植物的生存环境。
2014年，为了充分发挥滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区的生态效益和社会效益，有效的开展科研工作，滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区管理局根据保护区的实际情况，成立科研宣教小组，对滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区地区进行科学研究。
一是探索贝壳堤岛和滨海湿地的地质演变规律，结构形式及基本特征，研究贝壳堤岛与滨海湿地形成机理和贝壳堤岛与湿地特有的生态系统以及该生态系统内部各种生物种类、组成、性质、数量、空间分布和相互之间的关系，能量物质流动的途径、转化效率和保持系统平衡的自动调节作用。
二是保持保护区生态系统内部的生物多样性，全面开展动植物观测、普查工作，拍摄影视资料，制作动植物标本，建立档案数据库，拯救和保护珍稀濒危动植物资源。
三是保护好这一世界罕见的海洋自然遗产，搞好海洋环境监测，研究新生贝壳堤岛形成的过程、规律和速度，为国家海洋环境监测中心、北海分局烟台中心站等科研机构提供科研基地，推进“海洋生态工作站”建设。
四是探索研究合理利用和发展自然资源的新途径新方法，发挥自然保护区的多种功能和经济效益，为科学利用自然资源作出示范。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区主要景观有北海渔歌、海钓基地、贝海拾趣、盐场采风、生态科普中心、禽鸟乐园等。
汪子岛：最大的贝壳堤岛，滨州境内惟一能观大海全貌的地方，有“海上仙境”之称。相传，徐福奉秦始皇之命率童男女，入海求仙取长生不死药，长久不归，父母思念远去的孩子，奔波于此岛，眺望大海，盼子归来，故名“望子岛”，后人也称“旺子岛”。
贝壳堤：贝壳堤观光带主要位于防潮大堤北，包括西起高坨子，东至汪子岛的贝壳堤岸。规划建设有贝海拾趣、海韵茶寮、贝壳艺术园等。
盐田：贝壳堤岛更有百万亩盐田，《管子》载“暮春之初，北海之民即煮海为盐”。
滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区内的贝壳堤岛与湿地生态系统是全世界保存完整的贝壳滩脊——湿地生态系统，是研究黄河变迁、海岸线变化、贝壳堤岛形成等环境演变以及湿地类型的重要基地。仍在继续生长发育的贝壳堤岛是山东省、中国乃至全世界珍贵的海洋自然遗产。保护区还是东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁徙的中转站和鸟类越冬、栖息、繁衍的场所，在中国生物多样性研究工作中占有极其重要的地位。
