Inaugurado em 1989, o Núcleo Santa Virgínia foi criado em razão das desapropriações das antigas fazendas Ponte Alta e Santa Virginia, que deu origem ao nome da unidade. Por conta do relevo acidentado, que favorece a formação de cachoeiras, o Núcleo é um dos principais pontos turísticos de São Luiz do Paraitinga e Natividade da Serra. No Núcleo, a vegetação é caracterizada pela Floresta Ombrófila Densa Montana, com trechos de Campos de Altitude e de Floresta de Neblina. Os Campos e a Floresta de Neblina são formações pouco conhecidas e de pequena extensão em todo o Parque da Serra do Mar, sendo caracterizadas pela alta densidade de bromélias e orquídeas e pela presença constante de neblina. Em relação às espécies da fauna ameaçadas de extinção, algumas delas já foram registradas no interior do núcleo, como é o caso do sagui e do gato-do-mato, da jararaca, da cobra-lisa e do cágado-da-serra. Outra espécie-chave presente na região é a pirapitinga, peixe endêmico da bacia do rio Paraibuna.