Первое письменное упоминание населенных пунктов, располагавшихся по берегам р. Каменки и озер, впоследствии (в XVIII в.) получивших название Суздальских, содержится в Переписной окладной книге 1500 г. В 1617 г. по условиям Столбовского мира территория современного заказника «Новоорловский» в составе Ингерманландии была присоединена к Швеции. После массового бегства православного (карельского, ижорского, русского) населения опустевшие земли по инициативе шведских властей были заселены финнами.
Фрагмент карты 1863 г.

После Северной войны, по условиям Нишадтского мирного договора 1721 г. Приневье и почти весь Карельский перешеек вошли в состав России. На берега парголовских озер были переселены ремесленники из владимиро-суздальских земель, что привело к появлению Суздальских слобод и новых названий озер (Верхнее или Заднее Суздальское, Среднее Суздальское, Нижнее или Большое Суздальское). При Елизавете и Екатерине II многие земли в окрестностях были розданы приближенным к императорскому двору вельможам (Бестужеву-Рюмину, Шувалову, Орлову, Ланскому и др.).
Появление в 1870 г. железной дороги С.-Петербург – Выборг и железнодорожных станций Шувалово и Озерки вызвало новую волну дачного освоения территории. К западу от железной дороги были проложены 2 параллельные улицы, одна из которых получила название Ново-Орловской − по фамилии землевладельцев Орловых-Денисовых. В то время, когда появилась улица, местностью владели граф А. Ф. Орлов-Денисов-Никитин и его мать Е.А. Орлова-Денисова (урожденная Никитина). Существовавшая с середины 1870-х годов с востока от железной дороги Орловская улица стала именоваться Старо-Орловской.
Фрагмент карты 1914 г.

В начале XX в. территория заказника была почти полностью покрыта лесом, за исключением сенокосов и пастбищ на левобережье р. Каменки и безлесного участка в северо-западной части заказника, севернее нынешней Заповедной улицы. Участок русла р. Каменки ниже железнодорожного моста, протяженностью около 1 км, был спрямлен – возможно, в мелиоративных целях.

В 1932 г. все леса, расположенные в Пригородном районе Ленинградской области, были объединены в лесопарковую зону Ленинграда.

В 1920-е – 1930-е гг. окружающая лесной массив территория подверглась сильным изменениям. Начали разрабатывать песчаные карьеры на водно-ледниковой гряде, пересекающей р. Каменку: Орловский карьер в юго-восточной части гряды, Шуваловский карьер – на левом берегу Каменки. Между двумя карьерами построили асфальтобетонный завод и другие предприятия; в результате к западу и юго-западу от лесного массива сформировалась промышленная зона. К северо-западу от Шуваловского карьера, на правобережье Каменки был сооружен военный аэродром. К новым объектам были подведены железнодорожные ветки от железной дороги Ленинград-Выборг: одна из веток (к Шуваловскому карьеру и асфальтобетонному заводу) пересекла северную часть будущего заказника, другая (к Орловскому карьеру) прошла вдоль южной границы массива. Со стороны Шувалова к промышленным предприятиям проложили автомагистраль, получившую название Заповедной улицы. С востока и юго-востока к лесу вплотную примыкала одноэтажная (в основном деревянная) жилая застройка с садами и огородами.

В годы Великой Отечественной войны почти весь оставшийся лесной массив был вырублен для нужд обороны и населения блокадного Ленинграда. В настоящее время деревья старше 80 лет в Новоорловском заказнике отсутствуют; преобладающий возраст сосны 50-60 лет.

В 1955 г. на месте возобновляющихся на вырубках лесов был создан Новоорловский лесопарк пейзажной планировки, площадью 144 га. В конце 1950-х гг. территория лесопарка была покрыта сетью мелиоративных канав. В результате осушительной мелиорации практически прекратилось заболачивание и резко увеличился прирост деревьев. В лесопарке была проложена дорожно-тропиночная сеть, проводились мероприятия по уходу за лесом.

В 2015 г. части Новоорловского лесопарка был придан статус особо охраняемой природной территории.