大正10年(1921)、学術研究及び実地演習を目的として、旧知井村の九ヶ字共有林の一部に99年間の地上権を設定し、芦生演習林と称したことに始まる。用地として、5.9haを購入した。平成15(2003)年4月、フィールド科学教育研究センターの発足に伴い、森林ステーション・芦生研究林と改称された。標高は355~959mで、標高600~800mの部分が全面積の約2/3を占める。丹波高地にみられる準平原状の地形を呈しているが、斜面部は全般的に急峻であり、傾斜は30~40度のところが多い。地質は中・古生層に属する丹波帯と呼ばれる砂岩や泥岩(頁岩)の基盤岩に東西に延びるチャート層を挟む。チャートが卓越する場所では急崖や滝が形成されている。土壌は大部分が褐色森林土となっており、やや粘質で腐植に富んだ表土の厚いBD型が多いが、稜線や小尾根の乾燥地にはBD-d型土壌も見られる。沢沿いにはBE型やBF型土壌が、標高800m以上の稜線にはポドゾル土壌が局所的に認められる。本研究林は、気候区分では日本海型と太平洋型の移行帯に位置し、植生区分の上からも暖温帯林と冷温帯林の移行帯に当たるため、植物の種類が多い。著名な分類学者の中井猛之進博士が「植物ヲ學ブモノハ一度ハ京大ノ芦生演習林ヲ見ルベシ」(1941)と書いた森林である。事務所構内(標高356m)の年平均気温と年降水量は、それぞれ12.1°Cと2,257mmである。冬期の積雪深は1m前後であり、年間を通じて降水量が多い。京都市内に較べると、平均気温で3~4°C低く、降水量は約1.5倍となっている。長治谷(標高640m)の積雪深は2m近くにも及び、12月半ばから4月初めまで根雪に閉ざされる。事務所構内に較べると、年平均気温は約1°C低く、降水量は400~600mm程度多い。本研究林内にはエゾユズリハ、ヒメアオキ、ヒメモチ、ハイイヌガヤなどの多雪地域に特有の植物が自生しており、日本海型の気候条件を反映している。天然林では標高600m付近まではコナラや常緑広葉樹であるウラジロガシ、ソヨゴなどの暖温帯林構成種が見られる。それ以上の標高ではブナ、ミズナラを主体とした冷温帯林構成種が見られるが、森林帯の境界は不明瞭である。氷河期の遺存種であるニッコウキスゲやリュウキンカも生育している。当地の名が付いたアシウテンナンショウなど学術上貴重な植物も多数見られる。本研究林内で確認されている種数は、木本植物(亜種含む)が243種、草本植物が532種、そしてシダ植物が85種となっている。傾斜地形の多い本研究林では、斜面に対応した樹木の分布密度の変化が見られる。斜面上部ではアシウスギの分布密度が高く、中腹ではブナを主にミズナラなどが優先し、斜面下部から沢沿いの湿潤なところにはトチノキとサワグルミが優占する。アシウスギには、主に若木個体などの下枝が雪圧によって接地・発根し、やがて一個体として独立するという方法で増殖する、多雪地に特有の更新様式(伏条更新という)が見られる。多数の動物が棲息している。大型のほ乳類としては、ツキノワグマをはじめ、カモシカ、ニホンジカ、ニホンザル、イノシシ、タヌキ、キツネ、アナグマ、ノウサギなどの棲息が確認されている。小型のほ乳類としては、ヤマネ、ムササビのほかクロホオヒゲコウモリやミズラモグラなど、生物地理学上また分類学上貴重な種も見つかっている。鳥類は、コノハズク、ヤマセミ、アカショウビン、オシドリ、アオバト、キバシリや猛禽類のオオタカ、ツミ、ハイタカ、クマタカなどが棲息し、稀にイヌワシも見られ、33科111種の鳥類が記録されている。爬虫類では、ヤマカガシやマムシといった毒蛇や比較的珍しいシロマダラが確認されている。両生類では、特別天然記念物であるオオサンショウウオをはじめ、ハコネサンショウウオ、ヒダサンショウウオ、モリアオガエル、ナガレヒキガエルなどが棲息している。蝶類では、アサギマダラ、ギフチョウ、ウスバシロチョウ、スギタニルリシジミなどが、またトンボ類では、グンバイイトトンボやモイワサナエなどが、カミキリ類では、ブチヒゲカミキリ、エゾトラカミキリ、ソボリンゴカミキリ、フタオビミドリトラカミキリなど、貴重な種が数多く記録されている。芦生で新たに記録された種もいくつか見られる。本研究林の森林は演習林設定以前からかなり利用されてきた森林である。江戸時代から明治時代にかけては本研究林内に木地師の他、製炭のため人が住んでいた記録がある。森林の取り扱いについて詳しい記録はないが、明治から大正にかけてスギ(丸太)やクリ(枕木)の伐採の記録があり、野田畑周辺では火入れを行い茅場として利用されていた。中山周辺の上谷・下谷では天然スギの保育のために広葉樹の巻枯しが行われた。演習林設定直後には、スギの伐採により一部に林相の悪化がみられたために伐採を中止した。林産物生産が主に行われ、跡地にはスギ林が造成された。昭和20年代後半からは奥地林開発のための林道が開設され始め、昭和30年代には伐採量はピークをむかえている。天然林の伐採跡地には、比較的大きな面積でスギが造林された。昭和50年代に入って施業に再検討がなされ、森林の公益的機能を維持しつつ、森林の質的・量的生産性を高めるため天然林施業が進められた。昭和60年代までに、林道も幹線がほぼ整備された。総延長は34.2kmである。広葉樹人工林の造成が試験的に行われている。現在、本研究林の全面積(約4,200ha)の約半分は、地上権の設定以降、人手が加えられていない天然林である。この天然林の中には、森林の成立以降大きな人為が殆ど加わっていないと考えられる原生的な部分も含まれている。約1,800haが天然林の伐採跡地に再生した天然林(二次林)である。資料館(斧蛇館)には本研究林の沿革、植生、地形や気象の概況、主要樹種の材鑑、ツキノワグマ・カモシカなどの大型動物や鳥類の剥製、木地師が作ったと伝えられる杓子などの製品を展示し、平日のみ公開している。学生や研究者の利用できる宿泊所の宿泊可能人数は最大で45名である。