黄河石林生成于距今四百万年前的第三纪末和第四纪初的地质时代。由于燕山运动、地壳上升、河床下切、加之风化、雨蚀、重力坍塌形成了以黄褐色河湖相砂砾岩为主的石林地貌奇观。景区内陡崖凌空，造型千姿百态，峰回路转，景象步移万千。石柱、石笋一般在80--200米之间。专家考察评估认定：黄河石林堪称中华自然奇观，极具旅游开发价值。

石林景区有八个沟之多，是在地壳强烈的抬升之下,黄河河谷形成深切峡谷,使沟谷不断变宽,局部轻弱层在水及重力作用下迅速下切,沿沟谷两侧形成大量的石峰.石柱,同时又受到风蚀作用的改造,在崖壁上形成了许多如窗棂的构造,在水蚀.风蚀的强烈作用下形成了现在独特的景观。已开发的饮马沟大峡谷内有雄狮当关、猎鹰回首、大象吸水、千帆竞发、西天取经、月下情侣、屈原问天等众多景点，形神兼备，栩栩如生。

黄河石林景区将黄河、石林、沙漠、戈壁、绿洲、农庄等多种资源巧妙组合在一起，山水相依，动静结合，气势磅礴。该区适宜探险、猎奇、漂流、攀岩、休闲度假以及地质考察并以其雄、险、奇、古、野、幽等特点成为西部影视片、科幻片的外景拍摄基地。在此拍摄的电视连续剧《天下粮仓》、《西部热土》、《汗血宝马》、《惊天传奇》、《大敦煌》等播出后，更使黄河石林名扬天下。黄河石林和寿鹿山森林公园、五佛沿寺、永泰龟城构成了景泰旅游骨架，西与天祝小三峡、北与中卫沙坡头等旅游景区相毗邻，形成黄金旅游线路。