สภาพทั่วไปของอุทยานแห่งชาติภูกระดึง เป็นภูเขาหินทรายยอดตัดอยู่ทางตะวันตกเฉียงเหนือของที่ราบสูงโคราช ใกล้กับด้านลาดทิศตะวันออกของเทือกเขาเพชรบูรณ์ ลักษณะโครงสร้างทางธรณีของภูกระดึงเกิดขึ้นในมหายุค Mesozoic เป็นหินในชุดโคราช ประกอบด้วยชั้นหินหมวดหินภูพานหมวดหินเสาขัว หมวดหินพระวิหาร และหมวดหินภูกระดึง พื้นที่ส่วนใหญ่ของภูเขาอยู่ที่ความสูงจากระดับน้ำทะเลปานกลางระหว่าง 400-1,200 เมตร มีพื้นที่ราบบนยอดเขากว้างใหญ่คล้ายรูใบบอน ประกอบด้วยเนินเตี้ยๆ ยอดสูงสุดคือ ภูกุ่มข้าว สูงจากระดับน้ำทะเลประมาณ 1,350 เมตร สภาพพื้นที่ราบบนยอดภูกระดึงมีส่วนสูงอยู่ทางด้านตะวันตกและตะวันออกเฉียงใต้ พื้นที่ค่อยๆ ลาดเทลงมาทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ ทำให้ลำธารสายต่างๆ ที่เกิดจากแหล่งน้ำบนภูเขาไหลไปรวมกันทางด้านนี้ เป็นแหล่งต้นน้ำของลำน้ำพอง ซึ่งหล่อเลี้ยงเขื่อนอุบลรัตน์และเขื่อนหนองหวาย ในจังหวัดขอนแก่นและใกล้เคียง