Заповедник был организован в 18 июля 1988 года в белорусской части зоны отчуждения на территории трёх наиболее пострадавших от аварии районов Гомельской области — Брагинского, Наровлянского и Хойникского. На территории находятся 96 покинутых населённых пунктов, где до аварии проживало более 22 тысяч жителей. Администрация ПГРЭЗ расположена в городе Хойники.

Хотя заповедник создан с целью радиобиологических и экологических исследований, он представляет интерес и для биологов. Вмешательство человека минимально, появляется возможность наблюдать развитие дикой природы в условиях Белоруссии. «В связи со снятием антропогенной нагрузки и богатством растительного мира здесь создались, по сути, идеальные условия для восстановления животного мира», — говорится в докладе Комитета по проблемам последствий катастрофы на ЧАЭС при Совете министров Белоруссии. Также были интродуцированы некоторые новые виды, в том числе и зубр.

В Полесском государственном радиационно-экологическом заповеднике зарегистрирован 1251 вид растений, это более двух третей флоры страны, 18 из них занесены в Международную Красную книгу и Красную книгу Республики Беларусь. Фауна включает 54 вида млекопитающих, 25 видов рыб, 280 видов птиц. Более 40 видов животных относят к редким и исчезающим.
Штат сотрудников заповедника составляет около 700 человек, из них 40 — с учёной степенью. Ежегодные затраты составляют около 4 млн. долларов США.