保护区始建于1996年10月，1998年2月晋升为自治区级自然保护区。
    2001年6月，国务院办公厅批准晋升为国家级自然保护区。

    大黑山国家级自然保护区位于内蒙古赤峰市与辽宁省交界处，属敖汉旗东南部，燕山山脉努鲁尔虎山中东部，北部和西北部与中国科尔沁沙地相临，地理坐标为东经120°00′00″-121°31′36″，北纬42°00′00″-42°14′14″。

    保护区山体呈现东北—西南走向，是中生代燕山期造山运动塑造而成，地貌属于低山丘陵区，东西两面高、中间低，保护区西部海拔高度800－1255米，东部海拔高度为700－1074米，中部海拔高度590－900米，山顶多为光顶状，局部出现浑圆状或平台状，山脊线呈现南北向分布，山鞍与山顶区分明显，山坡平直多凸坡，坡度20－30度，局部陡坡60－80度，山体西侧沟壑发育，并连成树枝状，断面呈V型，壑底和壑坡多被5－10米的第四系沉积物所覆盖，山体主要由第三系玄武岩、上侏罗系熔岩及燕山期－印支期花岗岩组成。

    保护区属温带干旱－半干旱大陆性季风气候区，冬季漫长寒冷，降雪量少，春季干旱，多大风天气，夏季短促炎热，降雨量集中，秋季气温下降快，霜冻来临早。年总辐射量为6000mi/㎡，年日照数为2800小时，植物生长期（4－9月）日照时数在1470－1680小时之间。保护区年平均气温在4.9－7.5°C之间，七月份最热，初霜期在9月底，终霜期在4月底到5月初，无霜期为140－145天，≥10°C的积温为3200°C。大气降水是保护区的主要水分来源。冬春两季雨雪少，春旱较严重，年降水量400－450mm，降水量的70%集中在夏季，年蒸发量为2200mm，湿润度为0.6－1.0。保护区盛行西北风，多年平均风速为4.7米/秒，一年之中以春季大风最多，≥8级大风日数约20－30天，夏季风速最小，冬季又大于秋季。

    保护区境内分布有西辽河一级支流叫来河及其支流，年涵养水源约1.4亿立方米。境内叫来河中段有一座水库，兴利库容928万立方米（正常高水位），总库容9171万立方米。

    保护区是东北、华北、内蒙三区植物交汇处，是温带夏绿阔叶林与草原交接过渡带。保护区有5个植被类型，14个群系，主要有草原、森林、灌丛植被、半灌丛植被、草甸植被。

   保护区总面积86799.4公顷，其中十八盘核心区面积为828.18公顷，四道营子大山核心区3410.23公顷，缓冲区面积为7763.4公顷，实验区面积为74797.6公顷。

    保护区是一个以保护草原、森林等多样生态系统及珍稀野生动植物栖息地和水源涵养地为主要保护对象的丘陵山地综合性自然保护区。

    截至2013年，保护区内野生动物有鸟类16目41科142种，其中国际受胁鸟1种，国家一级保护鸟类金雕1种，国家二级保护鸟类鸢、雀鹰、红脚隼、黄爪隼等21种；有哺乳动物6目13科29种，其中黄羊国家二级保护动物；有昆虫7目30科158种。野生植物有维管束植物82科301属592种，分别占内蒙古自治区科的59%，属的44.5%，种的25.4%；有国家重点保护植物3种、药用植物374种，其中国家重点保护药用植物7种，并保存有小叶朴、大果榆、胡桃楸等为群种的古老残遗植物群落。保护区有毛樱桃、兴安杜鹃、迎红杜鹃、桃叶卫矛、丁香等可开发利用的观赏植物资源117种，保护区是北方园林绿化树种重要的天然分布地。

    大黑山国家级自然保护区是一个以保护西辽河水源涵养地和珍稀野生动植物及其赖以生存的草原、森林、河流等多样的生态系统为主的综合性自然保护区。为加强自然保护区的有效管理，内蒙古自治区敖汉旗旗委、旗政府成立了大黑山自然保护区管理局。保护区管理局成立以来，积极协调林业、畜牧、农业等有关部门，调整保护区结构，加大管理力度，结合国家实施林业分类经营改革，将自然保护区天然林和人工林划为生态公益林而禁伐，同时在有效保护基础上，在保护区以外积极开发和培育一百余种观赏植物资源，为周边地区提供了大量的观赏植物。

    大黑山自然保护区地处西辽河干流的教来河水系与大凌河水系的分水岭地带，是科尔沁沙地南侵的天然生态屏障，是内蒙高原与松辽平原毗邻的自然环境转换带，更是环境演化的敏感区，也是华北、东北、蒙新动物区系的过渡地带。是一个以保护草原、森林、湿地等多样生态系统及珍稀野生动植物和西辽河水源涵养、水土保持为主要对象的丘陵山区综合性自然保护区。该保护区生物资源多样，具有很强的典型性、代表性、特有性及脆弱性，在全国生物多样性保护方面占有重要地位。对研究全球环境演变具有重要的价值。