Заповедник был организован в мае 1931 г. в бассейне р. Малой Алматинки на площади около 13 000 га . Уже к 1935 г . территория заповедника составляла более 600 000 га . В феврале 1935 г . заповеднику был присвоен статус государственного, и за 5 последующих лет площадь его достигла почти 1 млн га. Заповедным был весь Заилийский Алатау, прилежащая полупустынная территория до р. Или и опустыненные горные массивы Турайгыр, Богуты и Сюгаты. Северный склон Заилийского Алатау покрывали великолепные хвойные и лиственные леса, а по левобережью Или тянулся огромный массив саксаульников. Флористический состав включал более 1500 видов. Множество птиц и зверей обитало в заповедных угодьях; только в Сюгатинской долине бродили тысячные ста да джейранов, занесенных ныне в Красную книгу Казахстана и большинства среднеазиатских республик. В послевоенные годы началось постепенное сокращение заповедных территорий. Сначала были изъяты лесные площади, затем сенокосные и другие угодья. В сентябре 1951 г. произошла окончательная ликвидация заповедника, разделившего печальную участь многих заповедников страны в те годы.

 Вопрос о его восстановлении был поднят группой ученых и общественных деятелей Казахстана, и в январе 1960 г . он был восстановлен. Заповедник расположен в центральной части Заилийского Алатау на площади 73 325 га , в 25 км восточнее южной столицы Казахстана Алматы, в Талгарском районе Алматинской области.
 С 1966 по 1983 г . в состав заповедника входило урочище Калканы (полупустынная зона) площадью 17 800 га с уникальным памятником природы "Поющий бархан". Урочище находится в 160 км от центральной усадьбы. В 1983 г . это урочище было передано Капчагайскому охотничьему хозяйству под куланарий, а ныне находится в ведение Национального природного парка Алтын-Эмель.
 Основная часть заповедной территории примерно три четверти - расположена на северном склоне Заилийского Алатау. Западная граница этой части проходит по р. Левый Талгар, северная - по р. Правый Талгар, а восточная по гребню высокого отрога, разделяющего долины рек Иссык и Тургень. Протяженность этой части с запада на восток составляет по прямой более 32 км . Остальная территория располагается на южном склоне Заилийского Алатау. Южная граница заповедника проходит вблизи перевала Тогузак по р. Юго-Восточный Талгар и верхнему течению р. Чилик до отрога между речками Косбулак-2 и Тамчи. Граница заповедной территории окаймлена двухкилометровой охранной зоной.