ป่าผืนนี้เป็นส่วนหนึ่งของป่าสงวนแห่งชาติป่าภูเปือย ป่าภูขี้เถ้า และป่าภูเรือ ตามกฎกระทรวงที่ 1041 (พ.ศ. 2527) ออกตามความในพระราชบัญญัติ พ.ศ. 2507 ประกาศในราชกิจจานุเบกษา ฉบับที่ 101 ตอนที่ 69 วันที่ 30 พฤษภาคม 2527 เป็นป่าโครงการไม้กระยาเลย บ้านนาท่อน บ้านบุ่ง (ลย.8) ตอนที่ 7 และ 8 ผ่านการคัดเลือกเพื่อให้ตัดฟันไม้ออกแล้ว แต่ราษฎรตำบลแสงภา ได้รวมตัวกันเมื่อเดือนธันวาคม 2530 มกราคม 2531 คัดค้านมิให้ทำไม้ออกทางราชการได้พิจารณาเกี่ยวกับเรื่องนี้แล้วเห็นชอบตามราษฎรจึงระงับการทำไม้ไว้ก่อน ต่อมาเมื่อปี พ.ศ. 2532 ได้มีพระราชกฤษฎีกายกเลิกการทำไม้ตามสัมปทานเสียทั้งหมด จึงเป็นการยุติการทำไม้ออกตามสัมปทานโดยสิ้นเชิง การจัดตั้งป่าผืนนี้ให้เป็นป่าอนุรักษ์ในรูปอุทยานแห่งชาติ เนื่องจากกองอำนวยการพัฒนาพื้นที่เพื่อความมั่นคง อำเภอนาแห้ว ฝ่ายทหาร เริ่มแรกต้องการให้เป็นปอดของสมาชิกราษฎรอาสาป้องกันชายแดน แต่เมื่อตระหนักถึงประโยชน์ในการพักผ่อน ในลักษณะป่าเขาลำเนาไพรแล้ว เห็นว่าน่าจะอำนวยประโยชน์แก่ราษฎรโดยทั่วกันอีกด้วย จึงตัดสินใจหาลู่ทางกำหนดให้ป่านาแห้วเป็นอุทยานแห่งชาติ ประกอบกับเนื่องในโอกาสครบ 3 รอบ หรือ 36 พระชนมพรรษาของสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา สยามบรมราชกุมารี ในวันที่ 2 เมษายน พ.ศ. 2534 ซึ่งกรมป่าไม้เห็นชอบด้วยเป็นอย่างยิ่ง และตอบสนองความต้องการอนุรักษ์ป่าผืนนี้อย่างจริงจัง การสำรวจเบื้องต้นบนส่วนหนึ่งของพื้นที่จึงเริ่มขึ้น เพื่อให้ได้ข้อมูลต่างๆ มาประกอบการพิจารณาของคณะกรรมการอุทยานแห่งชาติและคณะกรรมการชุดอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง เพื่อประกาศเป็นอุทยานแห่งชาติโดยได้พระราชกฤษฎีกากำหนดบริเวณที่ดินป่าภูเปือย ป่าภูขี้เถ้า และป่าภูเรือ ในท้องที่ตำบลแสงภา ตำบลเหล่ากอหก และตำบลนาแห้ว อำเภอนาแห้ว จังหวัดเลย ตามราชกิจจานุเบกษา เล่ม 111 ตอนที่ 52ก หน้า 54 56 เมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน 2537 โดยใช้ชื่อว่า อุทยานแห่งชาตินาแห้ว นับเป็นอุทยานแห่งชาติลำดับที่ 79 ของประเทศ ต่อมาเมื่อวันที่ 31 พฤษภาคม พ.ศ. 2549 กรมอุทยานแห่งชาติ สัตว์ป่า และพันธุ์พืช ได้พิจารณาชื่ออุทยานแห่งชาติให้มีความเหมาะสม สอดคล้องกับจุดเด่น และศักยภาพที่สำคัญของพื้นที่ที่จัดตั้งเป็นอุทยานแห่งชาติ จึงเปลี่ยนชื่ออุทยานแห่งชาตินาแห้ว เป็นอุทยานแห่งชาติอุทยานแห่งชาติภูสวนทราย