Изучение территории будущего Пинежского заповедника началось задолго до его образования и тесно связано с ботанико-географическими и геологическими исследованиями на Севере европейской части России.
Целенаправленное исследование пещер и карста района начато ленинградскими спелеологами во главе с В. М. Голодом в середине 60-х годов прошлого столетия. Работы включали поиск карстовых полостей и пещер, выявление закономерностей их размещения, топосъемку и описание пещер. Всего в течение 8 лет проведено более 20 экспедиций, открыто, в различной степени изучено и картировано более 130 пещер общей протяженностью около 30 км.
   В 1974-1975 годах поиск и картирование карстовых полостей и пещер на территории заповедника выполнялось карстовым отрядом Архангельского геологического управления.
Первым флористическим исследованием территории будущего заповедника явилась экспедиция А. И. Толмачева на р. Сотку в урочище Красные Горы, которая подтвердила богатство бассейна реки реликтовыми видами разных географических связей.
  В 60-70 годы XX века сотрудниками и студентами кафедры ботаники Ленинградского государственного университета (ЛГУ) было продолжено исследование флоры р. Сотка. Изучение лесной растительности впервые проводилось Д. Н. Сабуровым в 1963-1966 годах. В 1967, 1969 годах лиственничные и сосново-лиственничные леса юго-восточной части Беломорско-Кулойского плато были обследованы В.И. Кашиным, а березняки - И.О. Бузуновой.
  В 1973 и 1975 годах экспедициями Ю.П. Губаря (Московский государственный пединститут им. Ленина) исследовалась фауна мелких млекопитающих среднего течения р. Сотка.
Результаты карстово-спелеологических, ландшафтно-геоботанических и флористических исследований послужили обоснованием для создания Пинежского государственного заповедника. Автором первого проекта заповедника был Д.Н. Сабуров, сотрудник Ботанического института им. В.Л. Комарова Академии Наук СССР (БИН). Дмитрий Николаевич впервые описал леса и ландшафты Пинежского района. В 1972 году вышла в свет монография «Леса Пинеги». Книга написана на материале маршрутных исследований коренных лесов среднего течения р. Пинеги. Исследованиями охвачена площадь около 1,5 млн. га. Сделано около 800 полных геоботанических описаний, закартировано 7 ключевых участков площадью 20000 га. Использованы фондовые материалы лесоустройства и геологической съемки.
   Первоначально под заповедник предполагалось выделить 172 тыс. га в междуречье Келды, Сотки, Пинеги. Этот вариант проекта организации заповедника, разработанный БИНом, был поддержан большим числом научных учреждений, советских органов и природоохранной общественностью. Но в ходе многочисленных согласований проект претерпел значительные изменения.
   В результате 20 августа 1974 года Совет Министров РСФСР принял постановление № 474 об организации Государственного заповедника «Пинежский» на площади 41 244 гектара.