O NESAF começou a ser gestado em 2001, em discussões realizadas por um grupo de professores e alunos do Centro de Ciências Rurais sobre a necessidade de aproximar a Universidade Federal de Santa Maria das entidades ligadas à Agricultura Familiar. Foram realizadas duas reuniões nas dependências do Departamento de Solos: a primeira em 06/05/2004 e a segunda em 02/08/2004, as quais levaram à Pré-Constituição do NESAF. Finalmente, em 13/09/2004 foi realizada a Assembléia de Constituição do Núcleo de Estudos em Solos e Água na Agricultura Familiar – NESAF. Posteriormente, na assembléia geral de 29/08/2008 o nome foi alterado para Núcleo de Estudos em Agricultura Familiar, devido à inclusão de vários professores-pesquisadores que não atuavam com o tema solo/água, mas estavam envolvidos com a agricultura familiar em outras áreas de conhecimento.

As entidades instituidoras do NESAF foram:  A Universidade Federal de Santa Maria – FATEC, com representantes docentes do Departamento de Solos e do Departamento de Educação Agrícola e Extensão Rural e vinculados aos Programas de Pós-Graduação em Ciência do Solo e em Educação Rural; os representantes discentes de cursos de Pós-Graduação e de Graduação do Centro de Ciências Rurais; a Direção do Centro de Ciências Rurais; a Cooperativa de Prestação de Serviços e Assistência Técnica e Educação Rural Ltda (COOPSAT); a Federação dos Trabalhadores na Agricultura do Estado do Rio Grande do Sul (FETAG-RS); a Associação dos Pecuaristas e Agricultores Familiares de Alegrete (APAFA); a Cooperativa de Prestação de Serviços Técnicos Ltda (COPTEC); a Associação dos Assentados Carlos Marighella; a COPERTERRA – Assentamentos de Tupanciretã – RS; a Cooperativa de Crédito Rural com Interação Solidária de Santa Maria (CRESOL); a Associação Institucional dos Trabalhadores da Agricultura Familiar (ASSINTRAF-FETRAF-SUL); o Projeto Esperança/Cooesperança da Diocese de Santa Maria; o Grupo de Agroecologia Terra Sul (GATs); a Secretaria da Agricultura e Abastecimento do Estado do Rio Grande do Sul (SAA-RS); o Ministério do Meio Ambiente (MMA); o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA); a Associação Sulina de Crédito e Assistência Rural e Associação Riograndense de Empreendimentos da Assistência Técnica e Extensão Rural (ASCAR-EMATER) e a Associação dos Municípios da Região Central do Estado do Rio Grande do Sul (AMCENTRO).

O NESAF caracteriza-se por incentivar ações transversais e interdisciplinares que superem a fragmentação departamental e dos programas de pós-graduação da UFSM, congregando professores de cinco departamentos e seis programas de pós-graduação  do CCR, cujos projetos atingem os alunos de graduação dos cursos de Agronomia, Agricultura Familiar e Sustentabilidade, Engenharia Florestal, Zootecnia e Veterinária da UFSM. A interação do NESAF com os agricultores familiares da região ocorre também por meio das entidades parceiras ligadas à agricultura familiar, tanto aquelas que foram co-fundadoras do núcleo quanto outras que surgiram mais tarde.