Vondsten in het woud wijzen erop dat het oorspronkelijke Ketelwald van groot belang was voor de Romeinen. Dezen hebben veel sporen achtergelaten tijdens hun verblijf – tot ongeveer de 5e eeuw na Christus – nabij de Waal. Aangenomen wordt dat deze rivier toentertijd de feitelijke grens vormde tussen Germanië (de Romeinse benaming voor het land van de Germanen) en het Romeinse Rijk. Een van deze sporen is het veronderstelde aquaduct, dat is gereconstrueerd. Dit aquaduct moet hebben gelopen door het deel van het Ketelwald vanaf de Hunnerberg (nu een wijk binnen Nijmegen), langs de plekken waar later het kerkdorp Heilig Landstichting en het dorp Berg en Dal zijn verrezen. De Romeinen hebben hier toen al aanzienlijke delen van het bos gekapt; het hout diende als brandstof voor de grote pottenbakkerijen die verspreid over het gebied gevestigd waren.

Bodemvondsten in Groesbeek hebben uitgewezen dat het gebied in deze tijd ook al veelvuldig gebruikt werd voor jagen, het ontginnen van bos en het aanbidden van goden.

Nadat het bos in de Romeinse tijd vermoedelijk al was ontgonnen, herstelde het zich in de eerste eeuwen daarna.

De oudst bekende vermelding van de naam Ketelwoud komt van de kroniekschrijver en bisschop Thietmar van Merseburg. Hij meldt dat keizerin Theophanu in 980, terwijl ze onderweg was naar het Valkhof (waar in die tijd een van de paltsen van Karel de Grote moet hebben gestaan), nabij het huidige Groesbeek in dit bos beviel van een zoon, de latere keizer Otto III. Thietmar heeft het over het Silva, quae Ketil vocatur.^[2]:24-25 Rechtstreekse bewijzen dat dit echt hier heeft plaatsgevonden ontbreken vooralsnog geheel.^[3]:46

Vanaf de 13e eeuw begon Nijmegen als stad serieus uit te groeien. Het Nederrijkswald had tot dan toe tot aan de rand van deze plaats gelegen. Vanaf die tijd werden er, vooral door de inwoners van Nijmegen, steeds meer bomen gekapt. Dit gebeurde onder meer om de Valkhofburcht en de burcht in Grave^{[noten 1]} van voldoende brandstof te voorzien. Ook leverde de houtverkoop de Gelderse hertogen veel extra winst op.

In 1247 vond de verpanding van het Rijk van Nijmegen plaats, waarmee ook het latere Nederrijkswald voor het eerst Gelders werd.^[4] Het Ketelwald als geheel was in de eeuwen daarna afwisselend in bezit van de graafschappen, later hertogdommen Gelre en Kleef. Beide partijen wilden het bos graag voor zichzelf hebben, mede vanwege de strategische ligging. In 1331 kocht graaf Reinoud II van Gelre het woud op van Kleef.^[2]:26 In de 15e eeuw werd het Ketelwald, dat tot dan toe één geheel was geweest, als gevolg van een nieuwe verpanding door de hertog van Gelre aan die van Kleef, definitief opgedeeld in een Duits (Kleefs) Oberrijkswald en een Gelders stuk, het Nederrijkswald. Deze schuld zou nooit worden ingelost, waardoor het Oberrijkswald voortaan altijd Kleefs bleef; tegenwoordig is dit het Reichswald.^[5]:87

In de 16e eeuw was het gebied van het vroegere Nederrijkswald verworden tot voornamelijk zandgrond. Het eigenlijke bosgebied was in Gelre gereduceerd tot restanten. De oppervlakte hiervan bedroeg ongeveer 5.300 ha, verdeeld over ca. 40 percelen omstreeks 1570. Het bouwland was onderverdeeld in twee complexen: "Capittels Landt" en "Gelders Boulant".^[2]:32[5]:89 Het huidige Reichswald is nog altijd een stuk groter.

In 1543 (het jaar waarin keizer Karel V het hertogdom Gelre inlijfde) viel het oorspronkelijke Ketelwald tussen Nijmegen en Kleef definitief uiteen. Het gedeelte in het huidige Nederland was vanaf dit moment Bourgondisch bezit en dit werd voortaan het Neder(rijks)wald genoemd. Het Nederrijkswald omvatte in die tijd ook nog het landbouwgebied in Lagewald, bij de Wylerbaan en Zevenheuvelenweg en in Klein America. Korte tijd later werd de Gelderse Rekenkamer opgericht, een bestuursorgaan dat toezicht hield op het bos.^[5]:87 Het tegenwoordig Duitse deel, het Reichswald of Ober(reichs)wald, behoorde achtereenvolgens toe aan de hertog van Kleef, de keurvorsten van Brandenburg, de koning van Pruisen. Daarna was het in handen van Pruisen en de toenmalige provincie Noord-Rijnland.

Vanaf 1560 probeerde de arts Matthias Theodorus Melanelius een aanstelling tot waldgraaf van het Nederrijkswald te krijgen. Ook probeerde hij delen van het bos in erfpacht te krijgen om te ontginnen. De Gelderse overheid wees zijn aanbod echter af.

Tijdens de Tachtigjarige Oorlog kwam er opnieuw veel vraag naar hout, voor de bouw van oorlogsschepen en verdedigingswerken. In 1578 gaf de Gelderse Rekenkamer toestemming aan het Nijmeegse stadsbestuur om hiervoor in het Nederrijkswoud te kappen, op voorwaarde dat eigenaars van particuliere bossen ook hout aanleverden.^[2]:33

In de periode 1645-1654 werden er alsnog stukken grond van het Nederrijkswald in erfpacht gegeven aan andere particulieren (voor zover bekend waren dit alleen rijke Nijmegenaren), onder meer rond de Meerwijkselaan (Meerwijk) en langs de Oude Kleefsebaan tot aan de Broerdijk en richting Groesbeek.^[5]:91-93

Vanaf ca. 1710 is geprobeerd om de bosbouw opnieuw te stimuleren en de grenzen van het bos beter af te bakenen; de Biesseltsebaan, die het huidige Groesbeekse Bos in het westen afgrenst van Heumensoord, heeft wellicht in die tijd zijn huidige tracé gekregen.^[5]:97 In deze eeuw werd er in het Nederrijkswald vrij intensief eikenhakhout geteelt. Jacobus de Man bouwde hiervoor in 1777 een schorsmolen, ongeveer daar waar nu het hotel Val Monte is. Vanaf ca. 1750 vond er opnieuw grootschalige beplanting plaats in de gebieden die nu zandgrond waren, vooral met grove dennen en fijnsparren. In dezelfde tijd zijn er in de Meerwijk ook twee nieuwe sterrenbossen aangeplant. Anderzijds ging ook het kappen in deze tijd door. Tijdens de Franse tijd ging het nog slechter met het bos; in 1795 meldden bosbeheerders aan de provincie dat er in het Nederrijkswald zo goed als geen kaphout meer over was.^[2]:33 Als gevolg van de Bataafse Revolutie kwam er aan de eekmalerij vrij abrupt een einde, waarna de molens andere bestemmingen kregen. Het Nederrijkswald werd vanaf nu ondergebracht bij het Rijk van Nijmegen, en een rentmeester hield het toezicht in plaats van de waldgraaf.^[5]:101-103

Vanaf 1800 werd er weer veel aangeplant, opnieuw vooral met naaldbos. Dit bleek echter gevoelig voor plagen; korte tijd later had het bos veel te lijden van de dennenrups.^[2]:34

In 1818 vond er een nieuwe bestuurlijke reorganisatie plaats, waarbij het Nederrijkswald samen met het toenmalige dorp (de heerlijkheid) Groesbeek werd samengevoegd tot de gemeente (destijds schoutambt geheten) Groesbeek. Kort daarna kwam er een einde aan het bestaan van het Nederrijkswald als bestuurlijk geheel; onder koning Willem I besloot men over te gaan tot vervreemding van het staatsgrondbezit. In 1847 waren alle percelen waarin het woud inmiddels was opgedeeld uiteindelijk verkocht.^{[2]:62[5]:103-104}

Tegenwoordig beslaat het bos nog zo'n 9.000 hectare (90 km²).

De Duitse naam Reichswald is tot op de dag van vandaag in gebruik. Het betreffende bosgebied is nu vrijwel volledig in bezit van de deelstaat Noordrijn-Westfalen. Aan de Nederlandse kant daarentegen is de benaming Nederrijkswald/Nederrijkswoud niet meer gangbaar; deze naam verdween ongeveer tegelijkertijd met de definitieve opdeling van het bos in de 19e eeuw. Vandaar ook dat tegenwoordig het eigendom aan de Nederlandse kant sterk versnipperd is. De grootste eigenaar is Staatsbosbeheer (dat het beheer heeft over het Groesbeekse Bos en de Duivelsberg), gevolgd door Natuurmonumenten (dat het beheer heeft over de St. Jansberg, Mookerheide en tevens de bossen rond Mook in het uiterste noorden van Noord-Limburg).