Kebanyakan taman ini (96%) terletak di Wyoming. Kawasan taman negara ini adalah seluas 8,980 km persegi (3,468 batu persegi) dan lebih besar daripada Rhode Island atau Delaware.

Taman ini terletak di Dataran Tinggi Yellowstone, pada ketinggian purata 2,400 m (8,000 kaki) di atas permukaan laut. Hampir semua sisi dataran tinggi ini bersempadan dengan banjaran pergunungan Tengah Rocky Mountains, yang tingginya 2,700 hingga 3,400 meter (9,000 hingga 11,000 kaki).

Tiga ngarai (lereng gunung) terdalam berada di taman ini dan yang paling terkenal adalah Grand Canyon Yellowstone.

Continental Divide

The Continental Divide of North America runs diagonally through the southwestern part of the Park. This separates the Pacific from Atlantic water drainage areas. The origins of the Yellowstone and Snake Rivers are near each other but on opposite sides of the divide. As a result, the waters of the Snake River flow to the Pacific Ocean, while those of the Yellowstone find their way to the Atlantic Ocean via the Gulf of Mexico.