Dolina Yosemite była od wieków domem Indian Miwok i Pajutów, którzy żyli tam w spokoju do chwili wybuchu gorączki złota w Kalifornii. Nazwa Yosemite wywodzi się od indiańskiego słowa określającego niedźwiedzia grizzly, będącego plemiennym totemem rdzennych mieszkańców tych ziem.

Dolina Yosemite jest najbardziej klasycznym przykładem U-kształtnej doliny polodowcowej, a jej współczesny wygląd jest wynikiem ruchów górotwórczych, erozji wodnej i miażdżącej siły lodowców.

Naturalne kaniony gór Sierra zostały w epoce lodowcowej pogłębione i poszerzone przez lodowce. Lodowiec posuwający się potokiem Merced pozostawił nietknięte ściany, z których spadają w dół wody wodospadu Nevada oraz Vernal. Kanion potoku Yosemite jest typową doliną wiszącą. Lodowiec, który go wyrzeźbił, był o wiele mniejszy od lodowca Merced, który wyciął leżącą 600 m niżej dolinę. Potok Yosemite płynie zatem doliną wiszącą, skąd spada w dolinę Yosemite przepięknym, trójkaskadowym wodospadem o takiej samej nazwie jak dolina, o wysokości 739 m, co stawia go na 6. miejscu na świecie. W wyniku działania lodu, który pozostawił w nienaruszonym kształcie ich najtwardsze partie, powstały: Cathedral Rocks, El Capitan i Half Dome. Uformowanie wiszących dolin przyczyniło się do powstania wielu wodospadów.

Na południu parku znajduje się Mariposa Grove słynący z mamutowców olbrzymich, zwanych potocznie sekwojami. Najsłynniejszy okaz sekwoi w Yosemite to Grizzly Giant, liczący 2700 lat. Jest on wysoki na 65 metrów, a jego średnica u podstawy liczy 9 metrów. W parku występuje także wiele innych gatunków drzew w tym aż 8 gatunków sosny.

Wśród zwierząt żyjących na terenie parku występują m.in. baribal, kojot, puma, mulak, wiewiórka ziemna, owca kanadyjska oraz około 200 gatunków ptaków.

Dzięki zaangażowaniu amerykańskiego przyrodnika Johna Muira w ochronę Yosemite i lasów sekwoi, w 1890 roku ogłoszono Yosemite drugim z kolei parkiem narodowym w Stanach Zjednoczonych (po Yellowstone). Z parkiem tym wiąże się także osoba Galena Clarka, który uchodzi za jednego z odkrywców gigantycznego lasu położonego w górach Sierra Nevada.