Весной 1941 г. были закончены основные работы по сооружению судоходного гидроузла и гидроэлектростанции на Волге у г. Рыбинска. Две плотины перекрыли воды Волги и двух ее крупных притоков — Мологи и Шексны. Началось затопление низменного Молого-Шекснинского междуречья и образование Рыбинского водохранилища. Чаша водохранилища заполнялась медленно, только в 1947 г. уровень достиг проектного, и площадь зеркала водохранилища составила 4550 км2. Этот огромный искусственный водоем сразу получил название «море», сохранившееся до сих пор. Равного ему тогда не было ни у нас в стране, ни за рубежом.
Еще при проектировании водохранилища было ясно, что создание такого крупного водоема с зарегулированным уровнем вызовет серьезные изменения в природе окружающих районов и эти изменения необходимо изучать, чтобы в дальнейшем использовать полученные материалы в интересах народного хозяйства, в частности при проектировании и строительстве других водохранилищ.
В связи с этим 18 июля 1945 г. на берегах Рыбинского водохранилища был создан Дарвинский государственный заповедник. Помимо общих задач охраны и исследования природы в естественных условиях перед заповедником была поставлена специальная задача — изучить изменения в природе
под влиянием Рыбинского водохранилища.
Заповедник получил имя великого английского естествоиспытателя, основоположника эволюционной теории Чарлза Дарвина. Место для заповедника как природной лаборатории было выбрано очень удачно, так как на низких, пологих берегах даже незначительное изменение уровня воды проявляется на большой площади.
В 1963 г. на заповедник дополнительно была возложена организация экспериментального питомника глухарей для разработки методов содержания и выращивания этих птиц в неволе.
Заповедник расположен на большом полуострове в северо-западной части Рыбинского водохранилища. Площадь его, первоначально равную 170 тыс. га, неоднократно сокращали, и в настоящее время она составляет 112 630 га, из которых 67 176 га приходится на сушу и 45 454 га — на акваторию.
Две трети территории находятся в Череповецком районе Вологодской области и одна треть — в Брейтовском районе Ярославской области.
Центральная усадьба заповедника — в п. Борок Череповецкого района. Северная, восточная и южная границы заповедника проходят по водохранилищу, в летнее время они обозначаются вехами или буями на воде, зимой — аншлагами и вешками, установленными на льду. С запада в территорию заповедника большими клиньями вдаются земли Череповецкого района, почти разрезая ее на три части. Сухопутная граница обозначена просеками и аншлагами.
В пределах Вологодской области вокруг заповедника установлена охранная зона шириной около 2 км и общей площадью 16 850 га.