Park Narodowy Yosemite jest znany z dużej koncentracji wodospadów na stosunkowo małej powierzchni. Liczne progi skalne i wiszące doliny umożliwiają ich powstawanie, głównie w okresie wiosennych roztopów (od kwietnia do czerwca). Znajduje się tutaj m.in.: wodospad Yosemite o wysokości 739 m, co czyni go najwyższym wodospadem Ameryki Północnej. Ribbon jest natomiast najwyższym wodospadem o jednym progu. Innymi znanymi wodospadami są: Bridalveil Fall oraz Wapama.
Geologia thumb|Jezioro Tenaya w Parku Narodowym Yosemite thumb|Half Dome
W okresie prekambru oraz wczesnego paleozoiku obszar współczesnego parku stanowił fragment szelfu kontynentalnego. Osady były stopniowo odkładane w płytkiej wodzie, a następnie uległy metamorfozie. W wyniku podsuwania się oceanicznej płyty Farallon pod płytę północnoamerykańską na przełomie późnego dewonu i permu, powstał łuk wysp na zachodnim wybrzeżu Protoameryki. W jurze działalność wulkaniczna przykryła ten teren kolejną warstwą skał magmowych, co mogło być powiązane z powstaniem batolitu Sierra Nevada. 95% z tych skał zostało ostatecznie usuniętych w wyniku erozji.