A partir del fechado de restos arqueológicos, se ha determinado que la región fue ocupada inicialmente por el hombre por lo menos desde hace unos 10.600 años, probablemente por tribus de cazadores recolectores que hicieron su entrada desde el norte del continente. Sin embargo, algunos estudios basados en evidencias complementarias halladas en proximidades del Nahuel Huapi ubican los primeros asentamientos hace 13.000 años.[1]​

Según relatos del padre Mascardi, hacia 1670 en la zona del lago Nahuel Huapi había tres grupos indígenas diferenciados.[1]​ Los puelches de Nahuel Huapi que estaban asentados en el perímetro del lago y en la actual isla Victoria, aunque también incursionaban por la zona de la estepa. En sus desplazamientos se valían de la dalca, una especie de canoa de madera desarmable. Solían cruzar la cordillera y navegando el lago Todos los Santos y el seno de Reloncaví, llegar hasta Chiloé.[cita requerida] Hablaban una lengua propia. Los poyas: cazadores-recolectores, asentados al este y sur del lago Nahuel Huapi, posteriormente identificados como tehuelches. También poseían lengua propia. Usaban el arco y flecha y las boleadoras; y contaban con perros que les ayudaban en la caza. Su vivienda era el "toldo" de cuero. Se abrigaban con mantos de pieles de guanaco (quillango). Los mapuches de habla veliche, también denominados puelches (orientales), quienes hacia fines del siglo XVII se desplazaban entre la margen norte del río Limay hasta proximidades del volcán Lanín por el norte. El veliche era un dialecto del mapudungún, la lengua común de diversos grupos desde el valle del Aconcagua hasta el archipiélago de Chiloé, a ambos lados de los Andes.

En los dos siglos siguientes los dos primeros grupos fueron "mapuchizados", tanto por la influencia de los grupos mapuches llegados desde el oeste de los Andes. La región fue visitada por primera vez por misioneros jesuitas provenientes desde el oeste de la cordillera hacia el 1670. La tribu del cacique Inacayal pobló el área hasta que hacia 1880 presionado por la Conquista del Desierto se mudó con su tribu a las cercanías de Tecka en Chubut.[2]​

Hacia los siglos XVI y XVIII la región fue frecuentada por algunas expediciones militares españolas provenientes de Chile que cruzaron los Andes para atacar a los indígenas que vivían de este lado de esa cordillera, como parte de acciones para controlar su accionar sobre las ciudades coloniales chilenas.[1]​

Los europeos han circulado por la región desde el siglo XVII. Razones históricas, político-sociales y económicas confluyeron para que la zona fuera inicialmente abordada desde territorio hoy chileno. Esto se enmarca en el avance hispano que procedente del Perú, continuó hacia el sur fundando ciudades en Chile durante la segunda mitad del siglo XVI, y que encuentra una fuerte resistencia de los grupos nativos denominados genéricamente como araucanos.

A causa de la presión que los indígenas ejercieron tras la cordillera, los españoles realizaron una serie de incursiones armadas denominadas malocas para combatir los indígenas. Fue el contexto de las malocas el que determinó el ingreso del capitán Juan Fernández al lago Nahuel Huapi en 1620; aunque se utilizó como excusa la búsqueda de la “Ciudad de los Césares”. Esta leyenda de la época, mencionaba la existencia de una ciudad ocupada por españoles sobrevivientes de expediciones al sur de Patagonia, o de las fundaciones de Pedro Sarmiento de Gamboa o, hasta de pobladores que habrían huido de Osorno durante una gran rebelión indígena que asoló a las ciudades del sur de Chile. Según la leyenda los sobrevivientes habrían fundado una ciudad abundante de oro y plata, lo cual incentivó la codicia de los viajeros de la época. Juan Fernández utilizó el llamado “Camino de las Lagunas”; que incluía navegación marina (Chiloé-seno del Reloncaví) y lacustre (lago de Todos los Santos) y el cruce de la cordillera para llegar al lago Nahuel Huapi, donde se retomaba la navegación hacia el este. Esta vía de comunicación ya era usada por los indígenas.[1]​

Sacerdotes jesuitas establecieron una misión en el Nahuel Huapi, la cual tuvo una existencia accidentada, incluida la muerte de todos sus misioneros: Mascardi, Guillelmo, Laguna, Zúñiga y Elguea. La misión fue destruida dos veces por incendios, y los muy precarios caminos de acceso, tornaban muy difíciles las comunicaciones con Chile y el aprovisionamiento.

El accionar hispano de mediados del siglo XVIII fue contradictorio. Mientras que por un lado propiciaba, una política de acercamiento con las comunidades indígenas, por el otro fingía ignorar los abusos cometidos por capitanes de su ejército que efectuaban malocas con fines esclavistas. Lo que producía la correspondiente reacción hostil de las tribus afectadas. Por ello el padre jesuita Diego de Rosales, cruzó en 1653 la cordillera con la finalidad de calmar los ánimos de las comunidades afectadas al este de la cordillera. En su recorrida visita el Nahuel Huapi, apaciguando a sus habitantes, que eran maloqueados desde Chiloé.

Posteriormente en 1670 arriba a la región el padre Nicolás Mascardi, procedente de la base jesuita establecida en Chiloé.[1]​ Mascardi intenta interceder y defender los intereses de los pueblos de este lado de la cordillera que eran frecuentemente atacados por incursiones españolas provenientes de Chile. Su accionar termina abruptamente con su muerte en 1674 a manos de indígenas hostiles, durante su cuarta expedición al sur de la Patagonia.

En 1703 el padre Felipe Laguna (Philip Van der Meeren) reinició la misión, al que se le suma luego el padre Guillelmo. La misión duró hasta 1717, fecha en que es asesinado Francisco de Elgueta, sucesor de Guillelmo, en un enfrentamiento con los indígenas. La misión fue saqueada e incendiada y los jesuitas abandonaron la zona.

Quedaron rastros de este contacto hispano-indígena en un sitio arqueológico de la península Llao Llao. El sitio pudo haber servido de posta intermedia en el tránsito lacustre de los jesuitas entre brazo Blest y su misión emplazada en la costa noreste del lago Nahuel Huapi.[1]​

La zona luego ocupada por el parque fue recorrida y visitada en varias oportunidades por el Dr. Francisco Pascasio Moreno, que el 22 de enero de 1876 fue el primer hombre no indígena que llegó a las orillas del lago Nahuel Huapi desde el océano Atlántico remontando el río Limay.[3]​ Moreno fue un miembro distinguido y muy activo como perito de la Comisión de Límites, que trabajó para resolver la demarcación de la frontera entre Argentina y Chile. En reconocimiento a su labor el Gobierno argentino le concedió mediante la ley n.º 4192 de 11 de agosto de 1903 una extensión 25 leguas cuadradas de tierras fiscales en un punto de su elección a ubicar en el Territorio Nacional del Neuquén o al sur del río Negro. Moreno eligió tierras que se ubicaban en lo que hoy es el parque nacional, incluyendo puerto Blest, laguna de los Cántaros, laguna Frías y el paso Rosales.[4]​

El 6 de noviembre de 1903 Moreno escribió al ministro de Agricultura Wenceslao Escalante manifestando su deseo de donar 3 leguas cuadradas (7500 ha) con la exclusiva condición de ser reservada como parque nacional sin que en ella pueda hacerse concesión alguna a particulares, para mantener su fisonomía natural y que las obras que se realicen sólo sean aquellas que faciliten comodidades para la vida del visitante. El área abarcaba la zona de Puerto Blest y del paso Pérez Rosales junto al límite internacional. Moreno vendió el resto de la tierra para solventar una serie de comedores para indigentes. Ese día es conmemorado como Día de los Parques Nacionales. El 1 de febrero de 1904 el gobierno de Julio Argentino Roca aceptó por decreto la renuncia de Moreno a las 3 leguas cuadradas que le habían sido donadas y las reservó para un futuro parque nacional creando así la primera reserva en todo el territorio argentino:[5]​

El 17 de enero de 1907 un decreto del presidente José Figueroa Alcorta amplió a 43 000 ha la zona reservada para el futuro parque nacional. Un decreto de 26 de mayo de 1916 nombró encargado de esta reserva a George A. Newbery, tío del aviador Jorge Newbery y poblador de la región desde 1894, quien aceptó el cargo ad-honorem.[6]​ El 8 de abril de 1922, sobre la base de la donación de Moreno se creó el primer parque nacional argentino, llamado parque nacional del Sur, con una superficie de 785 000 ha, por decreto s/n del presidente Hipólito Yrigoyen.[7]​

El decreto de Yrigoyen encomendó la vigilancia y dirección provisional del parque al ingeniero geógrafo de la Dirección de Tierras, Emilio Frey. Otro decreto el 22 de abril de 1924 constituyó la Comisión Pro Parque Nacional del Sur. El 29 de septiembre de 1934 mediante la sanción de la ley n.° 12103 -promulgada el 9 de octubre de 1934- fue creada la Dirección de Parques Nacionales, el parque nacional Nahuel Huapi (nuevo nombre del parque nacional del Sur) y el parque nacional Iguazú. Emilio Frey fue designado primer intendente del parque nacional Nahuel Huapi.[8]​ La ley excluyó del dominio público amplias porciones del parque nacional, entre ellas la colonia agrícola Nahuel Huapi, el pueblo San Carlos de Bariloche y sus ensanches, la futura Villa la Angostura y la península de Llao-Llao.

Hasta el 11 de octubre de 1971 la península de Quetrihué (antes Beatriz), sobre la ribera norte del lago Nahuel Huapi formaba parte del parque nacional Nahuel Huapi. En esta fecha se decidió darle entidad autónoma creando el parque nacional Los Arrayanes mediante la ley n.º 19292. La decisión se originó en la importancia de la formación boscosa que alberga en su extremo sur, compuesta exclusivamente de arrayanes (Luma apiculata), un árbol de la familia de las mirtáceas de vistosa corteza color dorado y lento crecimiento. La misma ley dividió el resto del parque nacional en 3 sectores: parque nacional Nahuel Huapi; reserva nacional Nahuel Huapi, zona Centro; y reserva nacional Nahuel Huapi, zona Gutiérrez.[9]​