พื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติป่าดงใหญ่ เดิมมีเนื้อที่ 631,250 ไร่ เป็นป่าที่อุดมสมบูรณ์แห่งสุดท้ายของจังหวัดบุรีรัมย์ และเป็นแหล่งต้นน้ำลำธารที่สำคัญ ได้แก่ ห้วยลำนางรอง ห้วยลำปลายมาศ ซึ่งไหลหล่อเลี้ยงชีวิตชาวบุรีรัมย์และจังหวัดใกล้เคียงตลอดมา ถูกบุกรุกแผ้วถางยึดถือครองทำการเกษตรทำให้มีพื้นที่เหลือน้อยลงไปทุกที สำนักงานป่าไม้เขตนครราชสีมา ได้ส่งเจ้าหน้าที่ออกทำการสำรวจพื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติป่าดงใหญ่ เพื่อกั้นพื้นที่ให้เป็นป่าอนุรักษ์ตามมติคณะรัฐมนตรีเมื่อวันที่ 10 และ 17 มีนาคม 2535 พบว่าสภาพป่าไม้มีความอุดมสมบูรณ์ มีสัตว์ป่าอาศัยอยู่อย่างชุกชุมและได้เสนอรายงานให้กรมป่าไม้จัดตั้งเป็นเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่า ต่อมากรมป่าไม้ได้ส่งเจ้าหน้าที่ที่ส่วนอนุรักษ์สัตว์ป่า ออกไปทำการสำรวจข้อมูลและควบคุมพื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติป่าดงใหญ่ เพื่อกำหนดให้เป็นเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าดงใหญ่ จังหวัดบุรีรัมย์

พื้นที่เขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าดงใหญ่ อยู่ในพื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติป่าดงใหญ่ ท้องที่ตำบลนางรอง ตำบลโนนดินแดง กิ่งอำเภอโนนดินแดง ตำบลโคกมะม่วง ตำบลหูทำนบ อำเภอปะคำ จังหวัดบุรีรัมย์ มีเนื้อที่ 212,500 ไร่ หรือประมาณ 340 ตารางกิโลเมตร พื้นที่ถูกแบ่งออกเป็น 2 ส่วน โดยมีทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 348 ตัดผ่าน และรอบแนวเขต เป็นพื้นที่จัดสรรให้ราษฎรทำกินและอยู่อาศัยมีการตัดเส้นทางเข้าไปจนชิดแนวป่า ซึ่งง่ายต่อการบุกรุกถือครองพื้นที่ป่าไม้ ต่อมาทางราชการได้ดำเนินการอพยพย้ายราษฎรออกจากพื้นที่ป่า เพื่อให้เป็นที่อยู่อาศัย หลบภัย ขยายพันธุ์ และประกอบกิจกรรมของสัตว์ป่าโดยปลอดภัย ช่วยรักษาพันธุ์ไม้ชนิดต่าง ๆ ไว้ และยังช่วยรักษาแหล่งต้นน้ำลำธารซึ่งไหลหล่อเลี้ยงชีวิตประชาชนชาวบุรีรัมย์ให้คงอยู่ตลอดไป

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