อุทยานแห่งชาติภูผายล หรือ เดิมเรียกว่าอุทยานแห่งชาติห้วยหวด มีพื้นที่ครอบคลุมท้องที่อำเภอเมือง อำเภอโคกศรีสุพรรณ อำเภอเต่างอย จังหวัดสกลนคร อำเภอนาแก จังหวัดนครพนม และอำเภอดงหลวง อำเภอคำชะอี จังหวัดมุกดาหาร เป็น 1 ใน 5 ของโครงการจัดตั้งอุทยานแห่งชาติเพื่อเฉลิมพระเกียรติพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวในวโรกาสมหามงคลเฉลิมพระชนมพรรษา 5 รอบ วันที่ 5 ธันวาคม 2530 สภาพทั่วๆ ไปเป็นที่ราบสูงสลับกับเทือกเขาหินทราย เป็นป่าต้นน้ำลำธาร มีธรรมชาติและทิวทัศน์ที่สวยงาม เช่น น้ำตก ถ้ำ หน้าผา เนินหิน อ่างเก็บน้ำ และสัตว์ป่านานาชนิด มีเนื้อที่ประมาณ 517,850 ไร่ หรือ 828.56 ตารางกิโลเมตร

สภาพโดยทั่วไปเป็นที่ราบสูงสลับกับเทือกเขาหินทราย มีความสูง 300-600 เมตรจากระดับน้ำทะเล บริเวณเทือกเขามีที่ราบหลังเต่ายาวประมาณ 10 กิโลเมตร รายล้อมด้วยภูเขาสูงชันเป็นต้นน้ำลำธารที่สำคัญของแม่น้ำหลายสาย ไหลลงสู่แม่น้ำพุง ห้วยบางทราย ห้วยหวด ห้วยเลา และอ่างเก็บน้ำต่างๆ ถึง 19 แห่ง ได้แก่ อ่างเก็บน้ำห้วยหวด อ่างเก็บน้ำตาน้อย เป็นต้น สภาพดินส่วนใหญ่เป็นดินร่วนปนทรายความสามารถอุ้มน้ำได้น้อย

สภาพอากาศแบ่งออกเป็น 3 ฤดูกาลคือ ฤดูฝน ระหว่างเดือนพฤษภาคม-ตุลาคม จะมีฝนตกชุกในเดือนสิงหาคม ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย 1,484 มิลลิเมตร/ปี ฤดูหนาว ระหว่างเดือนพฤศจิกายน-มกราคม อุณหภูมิต่ำสุดในเดือนธันวาคมประมาณ 16 องศาเซลเซียส ฤดูร้อน ระหว่างเดือนกุมภาพันธ์-เมษายน อุณหภูมิสูงสุดโดยเฉลี่ยประมาณ 32 องศาเซลเซียส