广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区位于广东湛江雷州市西部海域，即国家一级渔港企水港和国家级中心渔港乌石港之间，地理坐标介于东经109°31′~109°48′，北纬20°32′~20°44′之间，总面积46864.67公顷，其中，核心区面积18527公顷，缓冲区面积13664公顷，实验区面积14673.67公顷。
广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区位于广东湛江雷州市西部海域，即国家一级渔港企水港和国家级中心渔港乌石港之间，地理坐标介于东经109°31′~109°48′，北纬20°32′~20°44′之间，总面积46864.67公顷，其中，核心区面积18527公顷，缓冲区面积13664公顷，实验区面积14673.67公顷。
广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区的主要保护对象为珍稀海洋生物及其栖息地，以及珊瑚礁、海藻场与红树林等典型海洋生态系统。
1983年，广东省人民政府批准建立雷州白蝶贝省级自然保护区（即保护区前身）。
2002年4月，由广东省机构编制委员会批准成立雷州白蝶贝省级自然保护区管理处。
2003年1月，保护区正式成立了雷州白蝶贝省级自然保护区管理处（为广东省海洋与渔业局直属事业单位）。
2007年，保护区成为“广东海洋大学海洋生物教习基地”，并于2010年正式挂牌。
2008年，经国务院办公厅批准，升格为国家级保护区，并更名为“雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区”，原保护区管理处晋升为管理局，并加入了“中国生物圈保护区网络（CAB）”。
2009年，保护区成立“广东省渔政总队雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区支队”和“中国海监广东省总队雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区支队”，与保护区管理局形成了三位一体的管理格局。并加入“全国水生野生动物保护分会”和“广东省水生野生动物救护网络”，成为“广东省水生野生动物救护基地”。
2012年，经广东省机构编制委员会批准，保护区更名为广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区，同时，管护机构更名为“广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区管理局”。
广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区位于国家一级渔港企水港和国家级中心渔港乌石港之间，地理坐标介于东经109°31′~109°48′，北纬20°32′~20°44′之间，范围为东经109°30′北纬20°44′、东经109°44′北纬20°44′、东经109°39′北纬20°32′、东经109°48′北纬20°32′四点连线海域，总面积46864.67公顷，其中，核心区面积18527公顷，缓冲区面积13664公顷，实验区面积14673.67公顷。
广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区记录的各类水生动物物种总数为601种，分别列入7门、18纲、57目、209科，其中，鱼类247种，软体动物206种，节肢动物79种。包括儒艮、中华白海豚、大珠母贝（白蝶贝）、文昌鱼、绿海龟、棱皮龟、玳瑁、江豚、宽吻海豚、热带点斑原海豚、真海豚、灰海豚、斑海豹、布氏鲸等国家Ⅰ、Ⅱ级重点保护动物。在区内记录的物种中，有6种被列入CITES公约附录Ⅰ，20种被列入CITES公约附录Ⅱ；有近40种被列入中国濒危物种红皮书和IUCN红皮书中的极危、濒危、易危物种名录。
广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区海底的气孔状构造玄武岩十分适合贝类的附着生长，保护区海域分布着丰富的珍珠贝类和经济贝类，是中国南珠的发源地之一。保护区海域的珍珠贝类有8种，其中，大珠母贝（白蝶贝）、珠母贝（黑蝶贝）、马氏珠母贝、长耳珠母贝、企鹅珍珠贝是重要的珠母贝资源，特别是白蝶贝所产的白珍珠和黑蝶贝所产的黑珍珠是国际珠宝市场上最名贵的珍珠。广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区砂砾海底与成片的珊瑚礁、海藻场等，为许多鱼类提供了栖息环境，是鱼类的重要繁殖、生活场所。鱼类超过200种，初步评价出可列为主要种质资源的有20种左右，主要为石斑鱼类、鲷鱼类等名贵鱼类或经济类。
2010年，由广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区管理局发起，与社区企业、村庄及群众，共同创办了“雷州半岛可持续发展促进会”。
2009年11月5日，广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区管理局在保护区内首次举办了以“恢复贝类资源，造福子孙后代”为主题的大珠母贝增殖放流活动，放流大珠母贝贝苗100万粒及亲本一批。
2011年，经广东省海洋与渔业局批准，最先列入广东省沿岸自主海洋观测体系建设规划，在保护区建立“广东省北部湾雷州海洋站”。
2011年7月13日，广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区管理局在保护区海域开展了第二次大型的大珠母贝增殖放流活动，共投放大珠母贝贝苗200万粒，以逐步恢复保护区海域的大珠母贝种群。
2008年，为搞好科学研究，广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区与广东海洋大学、中大、华师、南海研究所等多个院校合作，对保护区内白蝶贝的育苗增殖放流、长竹蛏的育苗等多种珍稀动物进行科学研究，并实施保护区资源调查项目。华南师范大学、广东海洋大学等科研院所正准备在该保护区设立科研科普教育实习基地。
2014年5月19日和6月17日，广东海洋大学水产养殖专业师生共300多人分两个批次到广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区开展教学实习。
2012年4月25日，国家海洋局公布了《全国海洋功能区划（2011-2020年）》（以下简称《区划》）。《区划》划分了八类海洋功能区，并提出了各类功能区的管理要求。广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区邻近海域名列其中，主要发挥海洋资源、环境和生态的保护作用。
广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区内的生态系统主要有珊瑚礁生态系统、海藻场生态系统、潮间带生态系统。在珊瑚礁生态系统的东北侧和东南侧分布有海藻场生态系统，保护区的大型海藻生长在浅海区的玄武岩上，分布在至少4个不连片的区域，海藻场相对珊瑚礁的水深要浅，更靠近岸边。保护区及其周边的潮间带生态系统的底质类型多样，既有岩相、沙相潮间带，也有红树林泥相。红树林以白骨壤和秋茄为主，主要分布在保护区沿岸的港口船埠等区域。
广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区是中国大陆沿海保护最完好、生态类型最为丰富的热带典型生态系统之一，是中国受人类活动影响较少的近岸典型，其核心区至今基本处于原始状态，是中国最为重要的热带近海珍稀水生动物的避难所。
2011年，由中国海洋学会批准成为国内首家被授牌“全国海洋科普教育基地”的海洋自然保护区。获广东省海洋与渔业局直属机关委员会授予“2009-2011年度先进基层党组织”称号，并获农业部南海区渔政局珠江流域渔业管理委员会授予“南海与珠江流域水生生物资源养护工作先进集体”称号。
2021年，入选2021年广东省自然教育基地名单。
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