Yosemite National Park spreder sig over et gigantisk område. I hjertet af Yosemite N.P. ligger Yosemite Valley. Yosemite Valley opstod, da istidens gletchere udhulede dalen, inklusiv en række mindre dale, der alle munder ud i Yosemite Valley med hver deres vandløb og vandfald.
Yosemite besøges årligt af over 3,5 millioner mennesker, hvoraf mange kun bruger tiden på de 18 km², som udgøres af dalen. I 1984 udpegedes Yosemite til verdensarvområde og stedet er internationalt anerkendt for spektakulære granitklipper, vandfald, rene vandløb og skove af Mammuttræ. Næsten 95 % af parken er udpeget som vildmark.
Højdemæssigt ligger parken mellem 600 og 4.000 m. Af Californiens 7.000 plantearter findes omkring halvdelen i Sierra Nevada og mere end 20% i Yosemite.
Yosemiteområdets geologi er kendetegnet af granitklipper og rester af ældre klipper. For omkring 10 millioner år siden løftedes Sierra Nevada op og vippede derefter, så de forholdsvis jævne vestlige og de mere dramatiske østlige bjergskråninger dannedes. Løftningen forøgede vandløbs og flodlejers stejlhed, så der dannedes snævre og dybe canyons. For omkring 1 million år siden akkumulerede sne og is sig til gletsjere i det alpine højland, og disse bevægede sig ned ad floddalene. Isens tykkelse i Yosemite Valley kan have været op til 1.200 m under den tidligste isperiode. Isens nedadgående bevægelse skabte den U-formede dal, som i dag tiltrækker så mange besøgende til den storslåede udsigt.
Parken dækker et areal på 3.081 km² og strækker sig over de vestlige skråninger af Sierra Nevada-bjerkæden.