Muito antes da haver presença humana em Yellowstone, uma grande erupção vulcânica ejectou um volume imenso de cinza vulcânica que cobriu todo o oeste dos Estados Unidos da América, a maioria do centro-oeste, o norte do México e algumas áreas da costa leste do Oceano Pacífico. Esta erupção foi muito maior que a famosa erupção do Monte Santa Helena, em 1980. Deixou uma enorme caldeira vulcânica (70 km por 30 km) assentada sobre uma câmara magmática. Yellowstone registou três grandes eventos eruptivos nos últimos 2,2 milhões de anos, o último dos quais ocorreu há 640 000 anos. Estas erupções são as de maiores proporções ocorridas na Terra durante esse período de tempo, provocando alterações no clima nos períodos posteriores à sua ocorrência.
Yellowstone situa-se na ponta nordeste de um acidente geográfico em forma de U que atravessa as montanhas e que actualmente são as planícies do rio Snake. Esta planície em forma curva foi criada na altura em que o continente americano sofria deriva continental e passava por um hotspot ("zona quente") vulcânico existente abaixo da crosta terrestre. Este hotspot estava anteriormente localizado onde é hoje a localidade de Boise, no estado de Idaho. Mas a América do Norte sofreu uma deriva, à velocidade de 45 mm por ano, na direcção sudoeste, que relocalizou o hotspot até ao lugar actual.
