산림에 대한 자연학습 교육과 산림역사에 관한 자료를 영구히 보존하고 이를 전시하는 곳이다. 1983년부터 1986년까지 4개년에 걸쳐 광릉시험림 내 500㏊에 걸쳐 조성하였다.
자연경관을 최대한으로 활용하여 침엽 수원·활엽수원·관목원·외국수목원·수생식물원·습지원·만목원·지피식물원·관상수원·난대식물원·고산식물원·식용식물원·약용식물원·화목원·맹인식물원 등 15개의 전문수목원이 조성되어 있다.
보유식물의 종은 목본식물 1,716종, 초본식물 1,059종 등 2,775종이 있다. 광릉시험림은 조선 제7대 세조의 능림으로 설정된 뒤 500여 년간 보호되어온 세계적으로 유명한 아름다운 숲이다. 그 뒤 1913년 임업연구원의 전신인 임업시험장의 시험림으로 지정되어 계속 보존, 관리되고 있다.
광릉의 시험림은 총 2,218㏊(약 660만 평)이며 ㏊당 입목축적이 183㎥로, 우리나라의 전국 평균 38㎥/㏊보다 약 5배에 달하고, 우리나라의 유일한 산림의 보물이라고 할 만큼 관리와 보존이 잘된 곳이다.
또한, 시험림 내에는 자생식물로 광릉물푸레 등 287종의 수목과 광릉갈퀴·광릉골무 꽃 등 494종의 초류가 생육되고 있으며, 야생동물은 1962년 천연기념물로 지정된 광릉크낙새, 장수하늘소 등을 비롯하여 2,880종이 서식하고 있다.
부속시설로 산림욕장이 1989년에 8㎞ 구간 내에 2·4·6·8㎞ 코스로 설치되었고, 이 구간 내에 국민의 신체적 정서순화를 도모할 수 있도록 적당한 곳에 힘기르는 숲, 만나는 숲, 조각이 있는 숲, 독서하는 숲, 명상의 숲, 아쉬운 숲, 약수터 등이 설치되어 휴식할 수 있도록 되어 있다.
또한, 야생동물원은 1991년 야생동물의 원종보존과 생리·생태 연구, 인공사육기술 개발 및 희귀멸종위기 식물의 증식과 복원을 목적으로 100㏊ 면적에 설치되었다.
아름드리나무로 이루어진 숲과 천연림에 다양한 동식물이 서식하고 있는 수목원은 국민휴양과 자연학습장으로 관람객들에게 깊은 인상을 심어주고 있다. 1987년도 개관 이래 입장객은 매년 20∼30%씩 증가하고 있으며, 국민들이 산림을 이해하는 데 많은 도움이 되고 있다.