Le plus ancien parc national du monde
Il constitue le deuxième plus grand parc naturel des États-Unis (hormis l'Alaska). Le Yellowstone est célèbre pour ses phénomènes géothermiques ; il contient deux tiers des geysers de la planète et de nombreuses sources chaudes. Les figures emblématiques du parc sont
- le Old Faithful, le deuxième geyser le plus important au monde après le Strokkur qui se situe en Islande.
- le Grand Prismatic Spring, un énorme bassin d'eau chauffée à plus de 70 °C, soit la plus grande source chaude connue des États-Unis, et la 3ème plus importante au niveau mondial
- les Mammoth Hot Springs qui sont un édifice minéral calcaire naturel
Le parc abrite une soixantaine d’espèces de mammifères parmi lesquelles le loup gris (espèce en danger et réintroduite), le lynx et le grizzli (espèces menacées), le bison, l’ours noir, le puma, le wapiti, l’élan, le cerf hémione, le cerf de Virginie, le pronghorn, le coyote, la chèvre des montagnes rocheuses, le mouflon canadien, la marmotte, le carcajou.
Le grizzli (Ursus arctos horribilis) n’est plus considéré depuis 2007 comme une espèce menacée au Yellowstone. En effet, la population de grizzlis, qui était estimée entre 136 et 312 individus en 1975, dépasse aujourd’hui le seuil des 500 individus. Certains craignent que ce déclassement entraîne l’autorisation de chasser le grizzli qui menacerait à nouveau l’animal. On compte par ailleurs plus de 600 ours noirs dans le parc. La meilleure période pour observer les ours se situe vers avril-mai
Aucun lynx n’a été directement observé dans le Yellowstone depuis 1998, même si les analyses de l'ADN de poils en 2001 ont confirmé que le félin traverse le parc. En 2003, des traces d’une femelle et de son petit ainsi que des déjections fécales ont été identifiées.
Il y a environ 25 pumas dans le parc.
Le carcajou est également très rare et on ignore son effectif.
La population de wapitis est estimée à 30 000 dans le Yellowstone. Les troupeaux du nord ont considérablement diminué depuis la réintroduction du loup en 1995. Les troupeaux du sud passent l’hiver dans le National Elk Refuge qui se trouve juste au sud du Parc national de Grand Teton. Cette migration de mammifères est la plus importante des États-Unis, en dehors de l’Alaska.
Les activités économiques et les installations humaines perturbent la migration des pronghorns (Antilocapra americana) dans la région du Yellowstone. Leur population estimée est comprise entre 200 et 300 individus.
18 espèces différentes de poissons vivent dans le Yellowstone. Depuis 2001, les pratiquants de la pêche sportive doivent relâcher leurs prises dans les cours d’eau ou les lacs.
Parmi les six espèces de reptiles vivant dans le parc peuvent être cités le crotale et la tortue peinte. Quatre espèces d’amphibiens sont également recensées, dont la Rainette faux-grillon boréale (Pseudacris maculata).
311 espèces d’oiseaux sont présentes au Yellowstone et la moitié y niche. En 1999, 26 couples de pygargues à tête blanche ont été recensés. Les grues blanches restent extrêmement rares et demeurent une espèce menacée. D’autres oiseaux sont assez rares et surveillés comme le plongeon huard, l’arlequin plongeur, le balbuzard pêcheur, le faucon pèlerin, le cygne trompette ou le pélican blanc d’Amérique.