Planowa gospodarka leśna na terenie obecnego nadleśnictwa rozpoczęła się w XVIII wieku, kiedy to wprowadzono istniejący do dziś regularny podział powierzchniowy (tzw. oddziały leśne) oraz rozpoczęto melioracje wodne i budowę dróg leśnych.  Pozyskiwanie drewna do początków XX wieku odbywało się system stosowania dużych zrębów zupełnych. Przy odnowieniach lasu stosowano pełny siew z preferencją sosny. Ponadto w XIX wieku leśnicy niemieccy dokonali znacznych nasadzeń świerka. Z zaszłości historycznych należy wymienić: huragan w 1801 roku, gradację kornika drukarza w latach 1826-1829, brudnicy mniszki w latach 1837-1840, pożar w 1834 roku - spłonęło 750 ha lasu oraz powódź w 1997 roku, zalaniu i podtopieniu uległo 5 tys. ha lasu. Jako ciekawostkę historyczną należy wymienić wprowadzanie na przełomie XVIII i XIX wieku modrzewia sudeckiego, którego ojczyzną są Morawy. Dziś zachowała się unikatowa kępa starodrzewu o powierzchni 0,5 ha.  

Na przełomie XIX i XX nastąpił zwrot w sposobie zagospodarowania lasu i zaczęto zwracać uwagę na ochronę pozostałych drzewostanów liściastych i mieszanych.

Nadleśnictwo Brzeg zostało utworzone w 1945 roku w oparciu o dekret PKWN z dnia 12 grudnia 1944 roku. W 1947 roku zostało podzielone na dwa mniejsze Nadleśnictwa: Karłowice i Rogalice. W wyniku zmian organizacyjnych w Lasach Państwowych w 1973 roku z małych powierzchniowo Nadleśnictw tj. Lubsza, Rogalice, Karłowice i Gospodarstwa Topolowego Prędocin powstaje jedno duże Nadleśnictwo o nazwie Karłowice z siedzibą w Karłowicach.  W 1978 roku siedziba nadleśnictwa zostaje przeniesiona do Brzegu i taką nazwę przyjmuje.

Do 31 grudnia 2020 roku nadleśnictwo podzielone było na dwa obręby leśne: Lubsza i Karłowice. W obrębie Lubsza było siedem leśnictw: Rogalice, Barucice, Dobrzyń, Nowy Świat, Lubsza, leśnictwo szkółkarskie oraz leśnictwo ds. łowieckich (Ośrodek Hodowli Zwierzyny),a w obrębie Karłowice pięć leśnictw: Kuźnica Katowska, Roszkowice, Kurznie, Stobrawa i Prędocin. 

Obecnie Nadleśnictwo Brzeg jest nadleśnictwem jednoobrębowym, podzielonym na 12 leśnictw, tj. Rogalice, Wójcice, Dobrzyń, Barucice, Nowy Świat, Lubsza, Kuźnica Katowska, Roszkowice, Kurznie, Stobrawa, Prędocin, leśnictwo szkółkarskie oraz leśnictwo ds. łowieckich (Ośrodek Hodowli Zwierzyny).