Oorspronkelijk was dit gebied een groot moeras, maar in de loop van de geschiedenis werden grote delen geheel of gedeeltelijk ontwaterd. De Lossing, die oost-west door het gebied loopt, werd hiertoe gegraven.
Sinds de opmaak van het beheerplan voor het bosreservaat (in 1998 was dat ruim 136 ha) zijn er bijkomende grondaankopen gedaan. De totale oppervlakte van het Grootbroek bedraagt sinds februari 2010 ca. 142 ha; het grootste deel daarvan wordt beheerd als bosreservaat. De groei en ontwikkeling wordt er vrijgelaten terwijl er gestreefd wordt naar behoud en ontwikkeling van typische bosgemeenschappen, bosbestanden en groeivormen.
In het westelijk deel van het bosreservaat overheerst de natte flora (gele lis-zwarte els); in het oostelijk deel vinden we een elzen-eikenbosvegetatie. Het gebied is rijk aan plantensoorten en telt een vrij groot aantal paddenstoelensoorten. Noord van de Lossing vinden we heide en moeras met de daaraan verbonden planten en dieren.
Naast de meer algemene diersoorten zijn er ook bijzondere waarnemingen gedaan. Zo is de grote weerschijnvlinder een zeldzame soort die in dit gebied voorkomt. In het kader van de soortenbeschermingsactie werd deze vlinder geadopteerd door de gemeente Kinrooi. De grootste populatie werd gespot in het aangrenzende Stamprooierbroek. Ook de bever was hier aanwezig, maar deze zit voornamelijk in het aangrenzende natuurreservaat Mariahof. Het is echter niet zeker of de bever een permanente bewoner is aangezien er al enige tijd geen sporen meer aangetroffen zijn.
De domeinbossen worden beheerd volgens de criteria van duurzaam bosbeheer. Het beheer van het bosreservaat Grootbroek is gericht op behoud van natuurlijke flora en fauna met inheemse soorten, natuurlijke verjonging en het bevorderen van het ecologische evenwicht.