Люди стали поселяться в низовьях р. Сестры сразу после освобождения этих земель от морских вод. В основании Сестрорецких дюн найдены стоянки, относящиеся к культуре ямочно-гребенчатой керамики (III—II тыс. до н. э.). В дальнейшем эти территории были заселены прибалтийско-финскими племенами водь и ижора, занимавшимися охотой, рыболовством и подсечным земледелием. В конце I тысячелетия оба эти народа вошли в сферу влияния формирующегося древнерусского государства. Согласно Ореховецкому договору 1323 года по р. Сестре была установлена первая в регионе официальная государственная граница между новгородскими (с 1478 г. московскими) и шведскими землями.
Фрагмент карты 1704 года. Дюны и болота, составляющие основу ландшафтов низовьев р. Сестры, абсолютно непригодны для земледелия. Находившаяся выше Сестрорецкой низины ледниково-озерная равнина была довольно плотно заселена еще в новгородское время. По левому, «русскому» берегу р. Сестры вблизи территории нынешнего заказника располагались деревни Валгасарь (Старый Белоостров), известная с XV в., и Редуголь, появившаяся не позже начала XVIII в. (ныне не сущесвтует). В течение столетия, когда территория принадлежала Швеции (1617-1721), русско-ижорско-карельское православное население левобережья р. Сестры почти полностью сменилось финнами-лютеранами.
В 1721 году после Северной войны и присоединения территории к России по указанию Петра I началось строительство Сестрорецкого оружейного завода. Для обеспечения действия заводских машин русло р. Сестры было преграждено запрудой, выше которой образовалось водохранилище. В первые десятилетия после возведения плотины площадь водохранилища была примерно на четверть меньше, чем сейчас, что отражено на карте С. -Петербургской губернии 1770 г. К концу XVIII столетия плотина, по-видимому, была усилена и достигнут максимально возможный уровень водохранилища — около 9 м над ур. м. Согласно карте 1796 г., площадь водохранилища примерно на 20 % превышала нынешнюю, при этом было затоплено нынешнее устье р. Сестры и западная часть торфяника. После постройки новой плотины в 1804 г. и стабилизации уровня озера около 8.5 м оно принимает очертания, близкие к современным, что отражено на карте 1834 г.
В 1811 г. по р. Сестре прошла граница вновь образованного Великого княжества Финляндского и Санкт-Петербургской губернии. Окружающие дюны до середины XIX в. оставались довольно пустынными. Жизнь в деревнях к северу от г. Сестрорецка резко изменилась после прокладки в 1870 г. железной дороги Санкт-Петербург-Выборг. Здесь стало развиваться дачное строительство, и местное население стало получать основной доход не от сельского хозяйства, а от обслуживания дачников.
Карта 1834 года. После получения Финляндией независимости в 1917 г. граница по р. Сестре стала государственной, и в этом качестве просуществовала до 1940 г. Жизнь в деревнях по обе стороны границы резко изменилась. На советской стороне с конца 1920-х гг. в несколько этапов проводились выселения преобладающего здесь ингерманландско-финского населения; опустевшие дома при этом уничтожались. На территории Сестрорецкой низины такая судьба постигла деревню Редуголь, от которой осталось одно название. На освободившейся территории началось строительство Карельского укрепрайона (КаУР), состоящего из бетонных укреплений, противотанковых надолбов и рвов. Для обеспечения обороны практически весь лес вокруг вырубали. На картах 1930-х гг. видно, что на советской стороне были вырублены почти все леса к северу от Сестрорецкого болота и по островам на болоте, значительная часть лесов вдоль р. Сестры и по дюнам вдоль Финского залива.
После «Зимней» войны 1939—1940 гг. весь Карельский перешеек отошел к Советскому Союзу; государственная граница по р. Сестре прекратила свое существование. В конце августа 1941 г. и до 1944 г. по бывшей государственной границе установилась линия фронта.
После Великой Отечественной войны территория в низовьях р. Сестры, между Сестрорецким Разливом и Финским заливом развивалась, в основном, как дачная и курортная местность: здесь строились санатории, дома отдыха, пансионаты, детские оздоровительные учреждения. К северу от Сестрорецкого болота с конца 1980-х гг. формируется и постоянно расширяется промышленная зона. С 1965 г. в западной части Сестрорецкого болота разрабатывается месторождение лечебных грязей (гиттиевых глин) для нужд Сестрорецкого курорта. Карьеры занимают сравнительно небольшую площадь: за 35 лет добычи площадь выработок составила менее 2 га. К востоку от Сестрорецкого Разлива на месте, где летом 1917 г. скрывался В. И. Ленин, в 1960-х гг. построен музейно-мемориальный комплекс «Шалаш В. И. Ленина».
Флора
Флора сосудистых растений заказника насчитывает 450 видов, видовой состав типичен для юго-западной части Карельского перешейка.
Часть территории современного заказника в прошлом была парковой зоной. Именно поэтому здесь сохранились некоторые интродуцированные древесные и травянистые виды из Северной Америки и Западной Европы, высаженные в прошлом, а в настоящее время одичавшие, например: магония падуболистная, клен татарский, сосна крючковатая.
Флора мхов насчитывает 99 видов. Большинство редких и интересных видов найдено в речных долинах с крутыми береговыми склонами, а также на бетонных сооружениях и старых фундаментах.
Ландшафты и растительность
Растительный покров этой территории очень разнообразен из-за разнообразия ландшафтов. Здесь можно увидеть равнины; долины рек и ручьев разной глубины, часто с крутыми склонами и террасами разных уровней; небольшие торфяники; участок побережья Финского залива. Особенно большие площади на территории заказника занимают заброшенные сельскохозяйственные угодья, зарастающие в настоящее время различными мелколиственными лесами. Сохранились небольшие участки лугов, которые до сих пор выкашиваются.
Хвойные леса занимают не более половины площади, занятой лесной растительностью. Ельники можно встретить лишь в самой северо-восточной части. Вблизи границы с Линдуловской рощей сохранились небольшие массивы ельников 100—летнего возраста. Сосновые леса занимают значительно бо́льшие площади. Среди мелколиственных пород преобладает береза и серая ольха. Широколиственные породы — дуб, вяз, клен, липа, ясень — были посажены человеком.
Фауна
Разнообразие лесных биотопов и связь их с лесными массивами, примыкающими к заказнику, наличие рек и открытых участков на их берегах, а также прилегающая часть акватории Финского залива обеспечивают достаточно большое видовое разнообразие фауны позвоночных животных. Здесь встречается 108 видов птиц и 31 вид млекопитающих, 3 вида земноводных и 3 вида пресмыкающихся. Из них 2 вида рептилий, 12 видов птиц и 8 видов млекопитающих занесены в Красную книгу Санкт-Петербурга. Наиболее богаты в фаунистическом отношении хвойно-лиственные леса, особенно – примыкающие к поймам рек, где наблюдается не только высокая численность, но и значительное видовое разнообразие позвоночных животных. Из редких находок следует отметить гадюку, осоеда, чеглока, рябчика, длиннохвостую неясыть, желну, седого, белоспинного и малого пестрого дятлов, малую мухоловку.
Орнитофауна ельников, помимо таких фоновых видов, как крапивник, зарянка, певчий дрозд, представлена и более редкими видами: это дневные хищные птицы (ястреба – перепелятник и тетеревятник), совы (бородатая неясыть, воробьиный сычик). В заказнике живет охраняемый в регионе трехпалый дятел. В годы высокого урожая шишек ели здесь возможно гнездование клеста-еловика. Из млекопитающих постоянными обитателями этих биотопов являются, в основном, два вида землероек (обыкновенная и малая), белка и куница.
В сосняках, всегда отличающихся небогатой орнитофауной, обитают все виды обычные для этого типа лесов в регионе. Из видов, редко гнездящихся в городе, следует отметить желну, козодоя, дерябу и особенно юлу, для которой территория Гладышевского заказника в настоящее время — единственное достоверно установленное место гнездования. Здесь же, в сосняках, отмечены места весенней концентрации глухаря. На некоторых участках сосняков встречается ломкая веретеница — ящерица, включенная в Красную книгу Санкт-Петербурга.
В междуречье рек Черной и Гладышевки и на лугах вдоль железнодорожного полотна гнездятся коростель, луговой чекан, жулан, речной сверчок, садовая камышевка, серая славка и др. В поймах рек и их притоков встречается перевозчик, гнездящийся по береговым склонам, отмечены выводки белой трясогузки, кряквы, гоголя; из млекопитающих обычны американская норка и ондатра. На отдельных участках рек и ручьев обитает оляпка, различные виды ночниц, водяная кутора, выдра — виды, включенные в Красную книгу Санкт-Петербурга.
Наиболее значимое место для водоплавающих и околоводных птиц — устье р. Черной и прилегающая к нему прибрежная часть Финского залива. Ранней весной, когда большая часть Финского залива еще покрыта льдом, на промоинах на месте впадения реки в залив концентрируются на стоянках чайки (серебристая, сизая, озерная) и утки, в основном кряква. Благодаря постоянной подкормке птиц отдыхающими пансионата «Черная речка» сформировалась достаточно крупная и устойчивая популяция кряквы в устье р. Черной и на прилегающем к ее западному берегу участке акватории залива. Изредка и в незначительном количестве на весенних миграционных стоянках наблюдаются чомга, большой баклан, лебедь-кликун, чирок-свистунок, хохлатая чернеть, гоголь и большой крохаль. В разные периоды сезонных миграций здесь встречаются и редкие виды: клуша, малая крачка и галстучник.
Реки заказника входят в систему водоемов и водотоков, которая является единственным на Карельском перешейке местом совместного обитания благородных лососей рода Salmo (семги и кумжи) и двустворчатого моллюска — пресноводной жемчужницы (Margaritifera margaritifera). Эти виды находятся в симбиозе, так как молодь лососевых служит временным носителем личинок жемчужницы. Поэтому состояние популяции моллюска напрямую зависит от регулярности захода этих рыб в реки на нерест. Жемчужницы, фильтруя воду, очищают реку от взвешенных органических веществ. В заказнике осталось немного мест, пригодных для обитания данного моллюска. Основные причины его исчезновения — сокращение численности лососевых, загрязнение и нарушение водотоков.