2002年8月26日，成立青木川马家山自然保护区。
2004年来自中国科学院动物研究所、中国科学院植物研究所、中国科学院西北植物研究所、西华师范大学、中国科学院西北高原生物研究所、北京师范大学、东北师范大学的专家学者及相关科研人员在陕西省青木川自然保护区开展了生物多样性考察。
2007年4月申报为国家级自然保护区，更名为青木川自然保护区，并通过了初审。
2009年9月18日批准为“青木川国家级自然保护区”。
青木川国家级自然保护区，地处四川、陕西、甘肃三省交界处的秦岭与岷山交汇地带，位于宁强县西部边陲的青木川镇境内。北与甘肃武都、康县接壤，西与四川省青川县毗邻，南至青木川镇南坝村，东至广坪河，介于东径105°28′～105°40′，北纬32°50′～32°56′之间。
青木川国家级自然保护区地处秦岭山地槽褶皱带南缘，为绢云母绿泥石钙石英片岩，构造运动和岩浆活动比较强烈，褶皱紧密，岩层变质，断层及次级构造充分发育，褶皱以复式批向斜为主，走向呈北东向，主要断层以北东向为主。
青木川国家级自然保护区属秦岭山地，主体是大致东西走向的秦岭山地槽褶皱带，山地大部分是海拔1000～1800米的变质杂岩山岭，西北边界的主要峰岭毛家梁、错欢喜、凤凰山、马马石等均为海拔1700～2000米以上，区内高海拔凤凰山为2054米。
科考研究结果表明，青木川国家级自然保护区内土壤主要为普通黄棕壤和水稻土。
黄棕壤
青木川国家级自然保护区内的黄棕壤属普通黄棕壤，分布于海拔900～1950米的山坡。地表土壤主要分三层，其中土壤表层（A层）为灰棕色，其厚度受地形、植被覆盖度的影响而变化较大。淀积层（B层）基本为黄棕色。母质层（C层）一般多为与母岩性质相似的半风化碎屑物质。
水稻土
水稻土是经过长期栽培水稻，土壤在淹水条件下发育而形成的一种特殊的土壤。保护区的水稻土是在黄棕壤基础上经过人工水耕熟化而形成的锈斑黄泥田土，主要分布在长沙坝和青木川一带的山间谷地平川。
水系分布
青木川国家级自然保护区的水系呈平行分布，主要有金溪河的支流中梁沟河、平沟河、黄河沟、屠家河和广坪河的支流后沟河。金溪河发源于区内的中梁垭，向南流至金山寺乡并在姚湾流入嘉陵江，区内长度18km，流域面积90k㎡，落差为1147m，全部为区内集水。后沟河在保护区内长度约3km，流域面积12km²。青木川保护区境内的河流没有出现过季节性断流现象。
水质
通过在该区进行抽样化验显示：水的化学性质属重碳酸盐型钙组Ⅰ、Ⅱ型。pH值在5.9～7.3之间，属中性水。硬度平均为41.3毫克/升，为软水。通过对水的化学成分化验，耗氧量、氮、氨等有机质和酚、氰、砷、汞、氟、铬等六项化验均达到一级。
水土流失
由于青木川国家级自然保护区花岗岩、片麻岩等古老岩石分布较大，表层风化、土质松散，基岩透水性弱，容易发生土石滑坡和水土流失。保护区水土流失主要集中在靠近南部地区的低山，但水土流失并不严重。
青木川国家级自然保护区所在的宁强县属北亚热带气候，具显著的山地森林小气候特征，全年气候温凉潮湿，春季雨量较少，夏秋多雨，冬季多雪。当地气候还具有冬长夏短、春秋相连的特点，海拔越高，此现象越明显。
青木川国家级自然保护区南北宽15.5公里，东西长28公里，总面积10200公顷，其中核心区面积4058.29公顷，缓冲区面积2634.59公顷，实验区面积3507.12公顷。
陕西青木川国家级自然保护区总体保护目标为：对陕西青木川国家级自然保护区的大熊猫、金丝猴、羚牛及珍稀植物等野生动植物及其栖息地、自然景观等进行保护，增强陕西青木川国家级自然保护区的保护、科研监测和宣教能力，增强资源保护意识，促进大熊猫生态保护网络。
具体规划设计目标包括：
珍稀濒危动物保护的典范—构建综合的动物保护管理体系，保护陕西青木川国家级生态系统；
生态修复的示范—恢复保护区生态景观，重现青木川保护区原生态；
科普教育的基地—体验自然的捷径、生态科普的家园，打造自然保护、科普宣教基地。
青木川国家级自然保护区内已知有维管束植物1598种，隶属于173科732属。其中蕨类植物27科55属131种，裸子植物6科16属28种、被子植物140科661属1439种。从植物区系的基本组成看，这些植物种类中包含了各种分布类型来源和成分，有温带属种和热带属种，古老的属种和年轻的属种，仅分布于秦巴山地的狭域属种和中国广布的属种，和中国特有分布的属种。地理成分的复杂多样，极大地丰富了青木川自然保护区植物特种多样性，也就蕴藏了十分丰富和宝贵的种质资源。
青木川自然保护区的陆生动物区系具有暖温带向亚热带过渡的区系特征，动物种类以东洋界种和广布种占优势，古北界种类明显减少，显示出迁移的地带区系特征，是岷山向秦岭过渡的凉亚热带型自然保护区，据综合科学考察表明，保护区共有两栖动物2目8科15种，2目9科15属18种，其中国家I级重点保护动物1种； 爬行动物2目9科15属19种；鸟类13目，35科（亚科），134 种，有13种国家重点保护鸟类，其中国家一级重点保护鸟类1种，国家二级重点保护鸟类13种；兽类7目26科56属70种，其中国家一级重点保护动物5种，国家二级重点保护动物5种。尤以大熊猫、金丝猴、羚牛、猕猴为代表的珍稀物种成为该区域的指示性物种。
根据陕西青木川国家级自然保护区实际，邀请专家多次实地调研，提出了建设“明星大镇、旅游重镇、文化名镇”和“传奇古镇、羌人故里、休闲天堂”的旅游发展定位，编制了《青木川城镇建设总体规划》、《青木川旅游发展总体规划》、《青木川镇旅游区项目修建性详细规划》、《青木川文化旅游古镇建设规划》、《金溪新区规划》、《青木川“一河两岸”规划》和《青木川影视文化基地总体规划》等，城镇规划区面积由0.5平方公里扩大到了3.6平方公里。在规划编制和修编过程中，积极从功能定位、空间布局、产业结构、生产要素和地方优势等方面总体考虑，对全镇旅游资源类型、区域划分、功能定位、发展目标、旅游线路等作了分析和规划，为古镇旅游业健康、持续发展提供了客观的指导依据。
陕西青木川国家级自然保护区按照修旧如旧的原则，恢复了回龙场老街、魏氏宅院、烟馆、旱船房、辅仁剧社、关帝庙、辅仁中学等宝贵的明清古建筑，建成了景区入口牌楼、金溪河亲水景观、回龙寺等景点，实施了金溪大道综合配套工程、南坝段综合配套及青石板铺设工程、回龙场老街管线地埋工程、回龙桥工程、古镇河堤防护工程、生态停车场及星级厕所建设等，完成了新街162户房屋仿古改造工程、集镇路网改造、滨河路综合改造及景区绿化工程，高标准建成了金溪新区，规划了“一河两岸”工程。
青木川国家级自然保护区主要游览景点：
古栈道遗迹，金溪河，回龙场，魏氏宅院，唐世盛.辅友社（洋房子），荣盛魁（旱船房），风雨桥（飞凤桥），辅仁中学，徐家茶馆旧址听徐种德老人讲述魏辅堂及青木川王国的兴衰，陕西青木川自然保护区，西沟栈道遗址，羌人墓穴——古山，将军石，玉泉坝的石梯、石门。
青木川国家级自然保护区往北走10公里可到马家山自然保护区，往西走210公里可到九寨沟。
陕西青木川国家级自然保护区的管理机构为陕西青木川国家级自然保护区管理局，行政上隶属于陕西省宁强县人民政府管理，管理局实行三级管理，即管理局-保护管理站-保护点三级管理体系。管理局内设办公室、计划财务科、保护科、科教科、多种经营和社区事务科5个职能科（室），下辖青木川和玉泉坝2个保护管理站以及长沙坝、坟林坝、沙锥梁、麻地沟4个保护点。
陕西青木川国家级自然保护区的大熊猫、金丝猴、羚牛及珍稀植物等野生动植物及其栖息地、自然景观等。
贯彻执行有关政策、法规
编制保护区管理计划
加强保护管理机构能力建设
建立健全规章制度
加强联防联管
完善基础设施建设
建立资源保护网络体系
分区施策
