Domorodí Američané obývali yellowstonskou oblast přinejmenším již před 11 tisíci lety. Lewisova a Clarkova expedice z let 1804 až 1806 se tomuto regionu vyhnula a kromě traperů, kteří se do oblasti dostali v polovině 19. století, se první organizovaná expedice konala až koncem 60. let téhož století. Po vzniku národního parku byla jeho dohledem pověřena americká armáda. V roce 1917 pak správa přešla na National Park Service, jež vznikla o rok dříve. Stovky staveb, které byly na území parku postaveny, jsou chráněny pro jejich architektonický a historický význam a více než tisíc archeologických nalezišť prověřili badatelé.