ลักษณะภูมิประเทศ

         ภูเก้า      มีสันฐานคล้ายกะทะหงายโดยมีที่ราบอยู่ตอนกลาง พื้นที่เช่นนี้ทำให้สันนิษฐานได้ว่า พื้นที่ส่วนนี้น่าจะเป็นซากภูเขาไฟโบราณที่ดับสนิทไปแล้วหลายร้อยล้านปี หรือมิฉะนั้นก็เป็นกางโก่งตัวของเปลือกโลกในบริเวณนี้ขึ้นมาเป็นขอบเทือกเขา เทือกเขาภูเก้าเป็นเทือกเขาสองชั้น   ชั้นนอกเป็นภูเขาสูงและมีความลาดชันมาก ไหล่เขาด้านในมีความลาดชันไม่มากนัก พื้นที่ส่วนใหญ่มีลักษณะสูง ๆ ต่ำ ๆ บางแห่งเป็นที่ราบ

          ภูพานคำ    เป็นแนวทิวเขายางในเทือกเขาภูพาน เรียงตัวตามแนวทิศตะวันออกเฉียงเหนือ - ตะวันตกเฉียงใต้    บริเวณทิศตะวันตกเฉียงใต้ของเทือกเขาเป็นแอ่งที่ราบต่ำลุ่มน้ำพอง    ซึ่งเป็นหุบเขาขนาดใหญ่ เมื่อมีการสร้างเขื่อนอุบลรัตน์  พื้นที่ดังกล่าวนี้กลายเป็นทะเลสาปซึ่งเป็นพื้นที่อุทยานฯ      มีเนื้อที่ประมาณครึ่งหนึ่งของส่วนภูพานคำ สภาพป่าเป็นป่าเต็งรังและป่าเบญจพรรณซึ่งขึ้นอยู่ในพื้นดินปนหิน

ลักษณะภูมิอากาศ

            ฤดูกาลของอุทยานแห่งชาติภูเก้า - ภูพานคำ แบ่งออกเป็น 3 ฤดูกาล คือ

           1. ฤดูร้อน ระหว่างเดือนมีนาคม - เดือนพฤษภาคม อุณหภูมิเฉลี่ยจะร้อนจัด
ในเดือนเมษายน

          2. ฤดูฝน ระหว่างเดือนมิถุนายน - เดือนตุลาคม ปริมาณน้ำฝนจะตกมากที่สุด
ในเดือนกันยายน

          3. ฤดูหนาว ระหว่างเดือนพฤศจิกายน - เดือนกุมภาพันธ์ อุณหภูมิเฉลี่ยต่ำสุด
ในเดือนมกราคม ซึ่งไดรับอิทธิพลจากร่องความกดอากาศสูงทางตอนใต้ของประเทศจีน

พันธุ์ไม้และสัตว์ป่า

         สภาพป่าโดยทั่วไปเป็นป่าเต็งรัง มีไม้ขึ้นอยู่กระจัดกระจายอยู่ทั่วไป    โดยเฉพาะ
อย่างยิ่งในบริเวณที่เป็นไหล่เขาและสันเขา   พันธุ์ไม้ที่สำคัญ ได้แก่   ไม้เต็ง  ไม้รัง  ไม้
เหียง ไม้พลวง ไม้พยอม ไม้กระโดน ไม้พื้นล่างประกอบด้วย ปรงป่า หญ้าเพ็ก เป้ง เถา
วัลย์ และไม้หนามหลายชนิด ส่วนป่าเบญจพรรณเป็นป่าที่มีอยู่ในบริเวณที่ลุ่มริมฝั่งห้วย
หุบเขา และไหล่เขาบางส่วน พันธุ์ไม้ที่สำคัญได้แก่ ไม้แดง ไม้ประดู่ ไม้มะค่าแต้ ไม้กะ
บก ไม้ตะคร้อ ไม้ตีนนก ไม้พื้นล่างเป็นไม้ไผ่และป่าดงดิบ เป็นป่าที่อยู่เฉพาะบริเวณริม
ฝั่งห้วยเท่านั้น พันธุ์ไม้ที่สำคัญได้แก่ ไม้ตะแบก  ไม้ยาง   ไม้ตะเคียนหิน  ไม้มะค่าโมง
ไม้กะบก และไม้ชิงชัน