ในสมัยก่อน การเดินทางติดต่อระหว่างภาคกลางกับภาคอีสานนั้น มีอุปสรรคคือจะต้องผ่านป่าดงดิบขนาดใหญ่ซึ่งเต็มไปด้วยอันตรายมากมายทั้งสัตว์ร้ายและไข้ป่า ผู้คนที่เดินทางผ่านป่านี้ล้มตายเป็นจำนวนมาก จึงได้ขนานนามว่า ดงพญาไฟ ต่อมาเมื่อพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวเสด็จผ่านในคราวเปิดทางรถไฟสายกรุงเทพ-นครราชสีมา ทรงเห็นว่าชื่อดงพญาไฟนี้ ฟังดูน่ากลัว จึงโปรดให้เปลี่ยนชื่อเป็นดงพญาเย็นตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

เมื่อมีการสร้างทางรถไฟ ชาวบ้านก็ได้เข้ามาจับจองพื้นที่กัน โดยเฉพาะบนยอดเขา โดยถางป่าเพื่อทำไร่ และในปี พ.ศ. 2465 ได้ขอจัดตั้งเป็นตำบลเขาใหญ่ แต่ด้วยการที่จะเดินทางมายังยอดเขานี้ค่อนข้างลำบากห่างไกลจากการปกครองของเจ้าหน้าที่บ้านเมือง ตำบลเขาใหญ่จึงเป็นแหล่งซ่องสุมของโจรผู้ร้าย จนกระทั่งปี พ.ศ. 2475 ทางราชการได้ส่งปลัดจ่างมาปราบโจรผู้ร้ายจนหมด แต่สุดท้ายปลัดจ่างก็เสียชีวิตด้วยไข้ป่า ได้ตั้งเป็นศาลเจ้าพ่อเขาใหญ่ เป็นที่เคารพนับถือจนปัจจุบันนี้[3]

หลังจากปราบโจรผู้ร้ายหมดลงแล้ว ทางราชการเห็นว่าตำบลเขาใหญ่นี้ยากแก่การปกครอง อีกทั้งปล่อยไว้จะเป็นแหล่งซ่องสุมโจรผู้ร้ายอีก จึงได้ยุบตำบลเขาใหญ่ และให้ผู้คนที่อาศัยอยู่บนเขาทั้งหมดย้ายลงมาอาศัยอยู่ข้างล่าง ป่าที่ถูกถางเพื่อทำไร่นั้นปัจจุบันคือยังมีร่องรอยให้เห็นเป็นทุ่งหญ้าโล่ง ๆ บนเขาใหญ่นั่นเอง

ปี พ.ศ. 2502 จอมพล สฤษดิ์ ธนะรัชต์ เล็งเห็นว่าบริเวณเขาใหญ่นี้ มีธรรมชาติอุดมสมบูรณ์ อีกทั้งมีความสวยงาม เหมาะใช้เป็นที่พักผ่อนหย่อนใจ แต่มีปัญหาคือมีการตัดไม้ทำลายป่า จึงได้ให้มีการสำรวจพื้นที่บริเวณตำบลเขาใหญ่เดิมและบริเวณโดยรอบและได้ตราพระราชบัญญัติอุทยานแห่งชาติขึ้น ตั้งเขาใหญ่เป็นอุทยานแห่งชาติในปี พ.ศ. 2505 โดยเป็นอุทยานแห่งชาติแห่งแรกของประเทศไทย และได้ตัดถนนธนะรัชต์แยกออกมาจากถนนมิตรภาพมายังตัวเขาใหญ่โดยถนนนี้ขึ้นมาบนเขาใหญ่แล้วจะแยกเป็นสองสาย คือไปสิ้นสุดที่น้ำตกเหวสุวัตสายหนึ่ง และไปสิ้นสุดที่เขาเขียวอีกสายหนึ่ง ซึ่งก่อนปี พ.ศ. 2525 ถนนธนะรัชต์นี้เป็นเพียงถนนสายเดียวที่จะมายังเขาใหญ่ได้

ในปี พ.ศ. 2523 ได้มีการตัดถนนสายปราจีนบุรี-เขาใหญ่[4] โดยถนนนี้เปิดใช้งานในปี พ.ศ. 2525 ทำให้สามารถเดินทางได้สะดวกขึ้น และเดินทางจากกรุงเทพมหานครใช้ระยะทางสั้นกว่า อีกทั้งเส้นทางยังชันและมีโค้งหักศอกน้อยกว่าถนนธนะรัชต์เดิม อีกทั้งยังทำให้การท่องเที่ยวในส่วนใต้ของอุทยานสะดวกขึ้น เช่น สามารถเดินทางมายังน้ำตกเหวนรกได้โดยตรง ซึ่งแต่เดิมจะต้องเดินเท้าเข้ามาจากอำเภอปากพลีแล้วเลาะมาตามหน้าผา แต่การตัดถนนใหม่สามารถนำรถยนต์เข้าไปจอดแล้วเดินเท้าประมาณ 1 กิโลเมตรก็ถึงน้ำตกเหวนรกได้แล้ว

เมื่อวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2548 อุทยานแห่งชาติเขาใหญ่ อุทยานแห่งชาติทับลาน อุทยานแห่งชาติปางสีดา อุทยานแห่งชาติตาพระยา และเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าดงใหญ่ ได้รับการประกาศให้เป็นแหล่งมรดกโลกทางธรรมชาติจากยูเนสโก ภายใต้ชื่อ "กลุ่มป่าดงพญาเย็น-เขาใหญ่"