黄石国家公园地处素有号称美洲脊梁的落基山脉中，位于美利坚中西部怀俄明州的西北角，并向西北方向延伸到爱达荷州和蒙大拿州，面积达九千平方公里，比美利坚的一些州的面积还要大。
黄石国家公园约96%的土地面积位于怀俄明州内。另外3%是在蒙大拿州，剩下的1%在爱达荷州，黄石公园空中从北到南有上百公里，从西到东九十公里，河流和湖泊占了土地面积的5%，其中最大的水体黄石湖占了三万五千多公顷，黄石湖深达约一百二三十米和长达将近两百公里的湖岸线，海拔两千两三百米的黄石湖是北美最大的高海拔湖泊，森林占了黄石公园八成的土地面积，剩下的大部分是草地。
黄石公园位于美利坚西部北落基山和中部落基山之间的熔岩高原上，北美大陆分水岭沿黄石公园西南部斜着流过，这条分水岭是一个分割太平洋和大西洋水流域的地形特征，黄石公园的三分之一面积位于分水岭的西部，黄石河和蛇河的源头互相离得很近，但却在分水岭的两侧，因此，蛇河的水流向太平洋，而黄石河的水则通过墨西哥湾流向大西洋。
黄石公园是在蛇河平原的东北端，蛇河平原是一个巨大的U弧形，由爱达荷州的博伊西山脉向外延伸出来的群山向西大约六七百公里，此种地形追溯到北美板块在过去十几亿年的线路，因为北美板块被板块构造搬运而跨过一个不流动的地幔热点，如今的黄石国家公园的地形是地壳下这个热点最近的表现形式。
黄石公园坐落在平均海拔为两千三四百米的黄石高原上，黄石高原几乎四面八方都和海拔高达2700米至3400米变化的中落基山脉接壤，该公园最高点是鹰峰峰顶，高达三千五百米高，最低点是沿着里斯溪流，只有一千五百多米，黄石高原上最著名的绝顶是三千一百米高的沃什伯恩山。
黄石国家公园拥有世界上最大的石化林之一，很久以前，树木被火山灰和土壤埋没，之后这些埋没的木材转变成了矿物物质，也就是俗称的煤炭，这些火山灰和其它火山岩屑被认为来自黄石公园本地，这主要是由于黄石公园确实是一座超级火山的一个巨大的破火山口，黄石公园里有至少五米高的瀑布将近三百座，最高的瀑布就是一百米高的黄石河下游的黄石瀑布。
黄石公园里有三个幽深的峡谷，它们通过那些延续了上百万年的河流斜着穿过黄石高原的火山凝灰岩，刘易斯河向南流经刘易斯峡谷，而黄石河向北流过的行程已经雕刻了两个色彩斑斓的峡谷黄石大峡谷和黄石黑峡谷。
公园自然景观丰富多样，园内最高峰为鹰峰，海拔高度为三千五百米，黄石公园内最大的湖是黄石湖，最大的河流是黄石河，此外，园内还有峡谷、瀑布、温泉及间歇喷泉等，黄石公园被美利坚人自豪地称为“地球上最独一无二的神奇乐园”，园内交通方便，环山公路长达六百公里，将各景区的主要景点联在一起，徒步路径达一千六百公里。
黄石公园的火山口是北美最大的火山系统，它被称为“超级火山”是因为这个破火山口是由特大爆炸性的喷发而形成的，如今的破火山口就是64万年前发生的灾难性喷发形成的，喷发释放出了一千立方公里的火山灰，岩石和火成碎屑物质，形成了一个将近一公里深和八十乘五十公里宽区域的火山口，并沉积了熔岩溪流凝灰岩，最猛烈的火山喷发发生在两百多万年前，那次喷发喷射出两千五百立方公里火山物质，产生了被称为黑果木山脉凝灰岩的岩石形成并形成了岛公园破火山口，一百多万年前，一次更小的喷发喷射出了三百立方公里火山物质，形成了亨利的叉状破火山口并沉积了梅萨瀑布凝灰岩。
六七十万年以前，黄石破火山口几乎塞满了流纹熔岩的阶段性喷发，诸如这样的流纹熔岩可在黑曜石峭壁和食羊人峭壁看到的玄武岩熔岩中见到，熔岩地层是黄石公园的大峡谷中最容易看到的岩石，黄石河继续雕刻着这些古老的熔岩流，大峡谷是一个典型的V形河谷，这表明了大峡谷是河道型侵蚀，而不是冰川引起的侵蚀。
黄石公园包含世界上最活跃的间歇喷泉诺里斯间歇泉盆地的蒸汽船间歇泉，黄石公园有三百个间歇喷泉，而且总的一起至少有1万个地热喷泉，一半地热喷泉和全世界三分之二的间歇喷泉都集中在黄石公园里。
近二十年来，黄石公园的地质活动越发的活跃，谁也不知道它在哪一天就会爆发，而且一旦爆发，就会造成世界性的危险，就算是在大洋彼岸的华夏也同样会，主要是黄石公园的火山爆发的时候喷射的火山灰会直接来到平流层，然后弥漫整个地球，会让地球短暂的来到冬季，而这个寒冬谁也不知道谁持续几年还是几十年，要知道当年小行星撞击地球的时候，可是造成了几百年的寒冬，让全世界的动植物都遭受到了极大地损失，也是有名的第五次生物大灭绝，而在那一次大名鼎鼎的恐龙消失了。
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