เมื่อพูดถึงอุทยานแห่งชาติภูเวียงนักท่องเที่ยวก็ต้องนึกถึงไดโนเสาร์ ไม่เคยมีใครคาดคิดมาก่อนว่าบริเวณที่ราบสูงที่อยู่ในเขตประเทศไทยปัจจุบันนั้นจะเคยเป็นบ้านของไดโนเสาร์มาก่อนจนกระทั่งเมื่อปี พ.ศ. 2519 มีการสำรวจแหล่งแร่ยูเรเนียมในบริเวณอุทยานแห่งชาติภูเวียง ระหว่างการสำรวจนักธรณีวิทยาได้ค้นพบซากกระดูกชิ้นหนึ่งเข้า และเมื่อส่งไปให้ผู้เชี่ยวชาญชาวฝรั่งเศสวิจัยผลปรากฏออกมาว่าเป็นกระดูกหัวเข่าข้างซ้ายของไดโนเสาร์ จากนั้นนักสำรวจก็ได้ทำการขุดค้นกันอย่างจริงจังเรื่อยมากระทั่งปัจจุบัน

บนยอดภูประตูตีหมา หลุมขุดค้นที่ 1 ได้พบฟอสซิลไดโนเสาร์พันธุ์หนึ่ง มีลำตัวสูงใหญ่ประมาณ 15 เมตร คอยาว หางยาว เป็นพันธุ์กินพืชซึ่งไม่เคยพบที่ใดมาก่อน จึงได้อัญเชิญพระนามของสมเด็จพระเทพฯมาตั้งชื่อไดโนเสาร์พันธุ์นี้เพื่อเป็นการเฉลิมพระเกียรติว่า "ภูเวียงโกซอรัส สิรินธรเน่" (Phuwianggosaurus Sirindhornae) และในบริเวณหลุมขุดค้นเดียวกันนั้นเอง นักสำรวจได้พบฟันของไดโนเสาร์ประเภทกินเนื้อปะปนอยู่มากกว่า 10 ซี่ ทำให้สันนิษฐานได้ว่าโซโรพอดตัวนี้อาจเป็นอาหารของเจ้าของฟันเหล่านี้ แต่ในกลุ่มฟันเหล่านั้นมีอยู่หนึ่งซี่ที่มีลักษณะแตกต่างออกไป เมื่อนำไปศึกษาปรากฏว่าฟันชิ้นนี้เป็นลักษณะฟันไดโนเสาร์พันธุ์ใหม่ที่ไม่เคยค้นพบมาก่อนเช่นกัน จึงตั้งชื่อเป็นเกียรติแก่ผู้ค้นพบ นายวราวุธ สุธีธร ว่า "ไซแอมโมซอรัส สุธีธรนี่" (Siamosaurus Suteethorni) ผู้สนใจสามารถเดินไปชมได้ หลุมขุดค้นที่ 1 นั้นอยู่ไม่ไกลจากที่ทำการอุทยาน และยังสามารถเดินไปชมหลุมขุดค้นที่ 2 และ 3 ซึ่งอยู่บริเวณใกล้เคียงด้วย

ฟอสซิลของ "ไซแอมโมไทรันนัส อีสานเอ็นซิส" (Siamotyrannus Isanensis) เป็นสิ่งที่ชี้ว่าไดโนเสาร์จำพวกไทรันโนซอร์มีต้นกำเนิดในทวีปเอเชีย เพราะฟอสซิลที่พบที่นี่เป็นชิ้นที่เก่าแก่ที่สุด (120-130 ล้านปี) แต่กระดูกชิ้นนี้ได้นำไปจัดแสดงไว้ที่พิพิธภัณฑ์ในกรมทรัพยากรธรณี กรุงเทพฯ

บริเวณหินลาดป่าชาด หลุมขุดค้นที่ 8 พบรอยเท้าไดโนเสาร์จำนวน 68 รอย อายุประมาณ 140 ล้านปี เกือบทั้งหมดเป็นรอยเท้าของไดโนเสาร์กินเนื้อพันธุ์เล็กที่สุดในโลกเดิน 2 เท้า แต่หนึ่งในรอยเท้าเหล่านั้นมีขนาดใหญ่ผิดจากรอยอื่น คาดว่าเป็นของคาร์โนซอรัส การไปชมควรเดินทางด้วยรถขับเคลื่อน 4 ล้อใช้เวลาประมาณ 1 ชั่วโมง ห่างจากที่ทำการ 19 กิโลเมตร

ส่วนฟอสซิลดึกดำบรรพ์อื่นๆที่ขุดพบ เช่น ซากลูกไดโนเสาร์ ซากจระเข้ขนาดเล็ก ซากหอย 150 ล้านปี จะอยู่กระจัดกระจายกันตามหลุมต่างๆ

ความน่าสนใจของที่นี่ไม่ได้มีแต่เพียงไดโนเสาร์เท่านั้น ยังมีการพบร่องรอยอารยธรรมโบราณด้วย โดยพบ “พระพุทธรูปปางไสยาสน์” ประติมากรรมนูนสูงสลักบนหน้าผาของยอดเขาภูเวียง สร้างขึ้นตั้งแต่สมัยพุทธศตวรรษที่ 14 ลักษณะท่านอนได้รับอิทธิพลจากอินเดีย พระเศียรหนุนแนบกับต้นแขนขวา แขนซ้ายทอดไปตามลำพระองค์ นอกจากนี้ “ถ้ำฝ่ามือแดง” ที่บ้านหินร่องมีงานศิลปะของมนุษย์ถ้ำโบราณ ลักษณะของภาพเกิดจากการพ่นสีแแดงลงไปในขณะที่มือทาบกับผนังถ้ำก่อให้เกิดเป็นรูปฝ่ามือขึ้น

ส่วนแหล่งท่องเที่ยวทางธรรมชาติ ในบริเวณอุทยานฯจะมีน้ำตกอยู่สองสามแห่ง “น้ำตกทับพญาเสือ” เป็นน้ำตกเล็กๆ ตั้งอยู่ใกล้กับถ้ำฝ่ามือแดง “น้ำตกตาดฟ้า” เป็นน้ำตกขนาดใหญ่ สูงประมาณ 15 เมตร สามารถเข้าถึงได้ทางรถยนต์ อยู่ห่างจากอำเภอภูเวียง 18 กิโลเมตรและขึ้นเขาไปอีก 6 กิโลเมตร ตรงต่อไปจากน้ำตกตาดฟ้าอีก 5 กิโลเมตร จะถึง “น้ำตกตาดกลาง” สูงประมาณ 8 กม. นอกจากน้ำตกก็ยังมีแหล่งท่องเที่ยวประเภททุ่งหญ้าและลานหิน ซึ่งจะมีดอกไม้ป่านานาพันธุ์บานในช่วงหลังฤดูฝน ได้แก่ “ทุ่งใหญ่เสาอาราม” “หินลาดวัวถ้ำกวาง” และ “หินลาดอ่างกบ”