黃石公園不僅有形態各異的讓嘆為觀止的各種間歇泉，還有更加震撼人心的大峽谷，黃石公園這種獨特的既有山的剛硬又有水的溫柔的融為一處的自然風光，是吸引大批遊客前來的最大原因。去大峽谷之前，可以到位於峽谷村的峽谷遊客教育中心參觀，了解大峽谷的相關知識。
大約64萬年前，黃石公園發生了巨大的火山噴發，形成一個巨大的巖漿地下空洞，火山灰在幾分鐘內蔓延數千英裡後這個空洞緩緩坍塌，形成一個四十五公裡寬，七十五公裡長的巨型火山口，火山口開始充滿熔巖和沉積物，而這熔巖流的填充持續了數百年。有科學家們認為黃石最古老的大峽谷大約在十六萬到十四萬年前形成於巖石和沉積物中，這個古老的峽谷並不像今天可見的峽谷一樣深，寬或長。現在的峽谷存在時間不超過一萬到一萬四千年，黃石河是造成峽谷和瀑布的最主要力量，黃石河始於公園以南的Yount Peak揚特峰的山坡上，行程超過600英裡到達北達科他州的終點，在那裡排入密蘇裡河，它是美國大陸最長的未經修建的河流。
如今的峽谷是一個典型的V形山谷，這表明峽谷是被河流類型的侵蝕而不是冰川侵蝕的，但除了它的侵蝕特徵而不是冰川作用的結果之外，峽谷的地質特徵很複雜，它的成因還沒有被很好地解釋。一直到現在峽谷仍被黃石河侵蝕著，黃石河衝涮著峽谷沿岸的脆弱的巖石，漸漸加深和慢慢擴大了峽谷，這一過程依舊還在繼續著。我們現在看到的黃石公園大峽谷始於Lower Falls，最後是Tower Fall，峽谷深800至1,200英尺，寬1,500至4,000英尺。要去看這壯觀的大峽谷和奇美的瀑布，可以走三條道路North Rim Drive，South Rim Drive和Upper Brink of the Upper，在這路上有行人步道，沿途可觀賞峽谷的風光，俯瞰黃石河，欣賞到黃石大峽谷以及上下瀑布的景色。
Artist's Point是黃石公園最為著名的景點，列為景區必看之一，最好的時間個人覺得是清晨。這裡看到的黃石大峽谷大約20英裡長，可以很清楚地看到Lower Falls下瀑布從峽谷上傾瀉而下，清晨的陽光升起，照在瀑布上方，瀑布如一匹閃著金黃光芒的白布，邊緣還有跳躍的藍綠色光點，瀑布邊的山體是金黃的土色，間雜著綠樹，瀑布上方則是遠山的綠，有時還可以看到彩虹，壯美的瀑布，蜿蜒的黃石河和連綿的峽谷有如油畫一般，在人們的面前徐徐展開。
我們看到大峽谷的黃顏色也是熱液蝕變的結果，峽谷中的巖石為流紋巖，這是一種火成巖，因火山的酸性噴出的巖石，含有多種不同的鐵化合物。當大峽谷原有的間歇泉盆地在活躍時期導致這些鐵化合物的化學變化，暴露在元素中氧化導致巖石改變顏色，所以大峽谷的多色調巖石來自水熱改變的流紋巖和沉積物。
Lower Falls下瀑布高308英尺，因為河流在火山巖上流動，它比下遊巖石更耐腐蝕，除了在Artist Point可以看到它的美景，還可以從Lookout Point，Red Rock Point，Lower Falls Trail的邊緣以及South Rim Trail這幾個點看到不同的角度。下瀑布據說有尼亞加拉大小的兩倍以上，不過這只是指它的高度而不是流過它的水量，流過瀑布的水量可以從峰值徑流時的六萬三千多加侖每秒到秋季的五千多加侖每秒不等。Upper Falls上瀑布位於Lower Falls下瀑布的上遊，它比下瀑布要小許多，高一百多英尺，可以從Upper Falls Trail的邊緣和Uncle Tom's Point湯姆叔叔的小徑上看到它。
除了這兩個有名的瀑布，第三個瀑布位於上下瀑布之間的峽谷，水晶瀑布是喀斯喀特溪流入峽谷的地方，可以在湯姆叔叔區以東的南邊小徑看到。下黃石瀑布下方的峽谷曾經是間歇泉盆地的地點，這裡有大面積斷層，地表下的熱量與間歇泉盆地的化學和熱作用導致巖石被水熱改變，使其非常柔軟和脆弱，十分容易被侵蝕，我們站在欄杆邊看著這些巖石，鬆脆得像烤土豆一樣，仿佛隨時就會崩蹋，讓人觸目驚心。這就是因為間歇泉盆地的化學和熱作用導致流紋巖巖石被水熱改變，使其非常柔軟和脆弱，非常容易被侵蝕，我們所見的巖石狀態可見這種地熱活動仍然存在於峽谷中，並對峽谷造成影響，上瀑布上遊的大巖石是熔巖流抵抗侵蝕的殘餘物。