Висимский заповедник создан в 1971 году по инициативе Свердловского облисполкома, научных, общественных, природоохранных и лесохозяйственных организаций области и города Нижнего Тагила.

Большую роль в его организации сыграли: Михаил Сергеевич Попович, ставший первым директором заповедника; ректор Уральского государственного университета член-корр. АН СССР Борис Павлович Колесников; известный уральский писатель Борис Степанович Рябинин. Во многом благодаря последнему заповедник получил своё название. Оно дано по наименованию старинного посёлка Висим, который является родиной великого русского писателя Дмитрия Наркисовича Мамина-Сибиряка, воспевшего в своих произведениях природу этих мест.

Заповедник был создан на территории, которая являлась частью существовавшего здесь в 1946–1951 гг. заповедника «Висим», и первоначально включил в себя восточную часть Сулёмского лесничества Висимского лесхоза – верховья реки Сулём выше деревни Большие Галашки. Его площадь составила 9531 га. В 1973 году территорию заповедника первый раз расширили, площадь увеличилась до 13350 га. В заповедник были включены два уникальных массива сохранившейся первобытной темнохвойной тайги на горах Кулига и Большой Сутук.

В том же году вокруг заповедника была учреждена большая охранная зона (66100 га), функционирующая как комплексный заказник: на её территории запрещены охота и рыбная ловля. Благодаря усилиям второго директора заповедника Александра Сергеевича Мишина в 2001 году произошли сразу два знаменательных для заповедника события: его существенное расширение и присвоение статуса биосферного резервата. Площадь заповедника была увеличена за счёт территории охранной зоны до 33508 га, из которых 7550 га выделено для создания биосферного полигона. Важным приобретением для заповедника стал ещё один массив нетронутых темнохвойных лесов на горе Долгой. Площадь охранной зоны в настоящее время составляет 46333 га.

Сохранность участков нетронутой темнохвойной тайги имеет свою давнюю историю. К началу XVIII века нынешняя территория заповедника, как и весь Средний Урал, были покрыты темнохвойной тайгой. Местные народности – вогулы (манси) – в лесу только охотились и вырубали небольшое количество деревьев рядом с жильём. Некоторые растения, как например лиственница, считались священными и сохранялись.

С появлением в начале XVIII века заводчиков Демидовых на Урале началось строительство железоделательных заводов. Леса западной части территории будущего заповедника начали вырубаться для выжига древесного угля. Леса восточной части в верховьях реки Сулём подверглись вырубке позже – в начале XIX века. Были проложены две дороги («Невьянский зимник» и «Новошайтанская»), по которым в Невьянский и Верхнетагильский заводы вывозился древесный уголь и доставлялась готовая продукция заводов на пристани реки Чусовой для весеннего сплава по большой воде в европейскую Россию.