ข้อมูลทั่วไป
อุทยานแห่งชาติภูผาเหล็กมีมีเนื้อที่ประมาณ 261,875 ไร่ หรือประมาณ 419 ตารางกิโลเมตร ครอบคลุมพื้นที่อำเภอส่องดาว อำเภอวาริชภูมิ อำเภอนิคมน้ำอูน อำเภอกุดบาก จังหวัดสกลนคร อำเภอวังสามหมอ จังหวัดอุดรธานี และอำเภอสมเด็จ อำเภอคำม่วง จังหวัดกาฬสินธุ์ ในพื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติป่าดงพันนา ป่าดงพระเจ้า ป่าภูวง ป่ากุดไห ป่านาใน ป่าโนนอุดม ป่าบะยาว ป่าหัวนาคำ ป่าหนองหญ้าไชย และป่าแก้งกะอาม

ในปี 2538 กรมป่าไม้ได้มีคำสั่งให้เจ้าหน้าที่ออกมาสำรวจข้อมูลเบื้องต้นในพื้นที่ ซึ่งต่อมาได้มีคำสั่งกรมป่าไม้ที่ 1162/2539 ลงวันที่ 14 มิถุนายน 2539 เรื่องให้ข้าราชการไปปฏิบัติราชการได้ให้นายพนม พงษ์สุวรรณ นักวิชาการป่าไม้ 7 ว. ส่วนอุทยานแห่งชาติ ไปดำเนินการสำรวจหาข้อมูลเพิ่มเติมและจัดตั้งพื้นที่ป่าอนุรักษ์บางส่วนของพื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติ ป่าดงพันนา ป่าดงพระเจ้า ท้องที่อำเภอส่องดาว ป่าภูวง ท้องที่อำเภอวาริชภูมิ อำเภอนิคมน้ำอูน อำเภอกุดบาก ป่าแก่งแคน ท้องที่อำเภอกุดบาก ป่าหนองหญ้าไซ ท้องที่อำเภอวังสามหมอ จังหวัดอุดธานี ผนวกป่าสงวนแห่งชาติ ป่าภูพาน ท้องที่อำเภอคำม่วง อำเภอสมเด็จ ป่าแก้งกะอาม ท้องที่อำเภอสมเด็จ จังหวัดกาฬสินธุ์ ให้เป็นอุทยานแห่งชาติ ตามพระราชบัญญัติอุทยานแห่งชาติ พ.ศ. 2504 นั้น

นายพนม พงษ์สุวรรณ ไปสำรวจหาข้อมูลและประวัติดั้งเดิมในพื้นที่ป่าสงวนแห่งชาติ ดังกล่าวข้างต้นพร้อมกับหาข้อมูลเพิ่มเติมจากส่วนราชการที่เกี่ยวข้อง ศูนย์คอมพิวเตอร์มหาวิทยาลัยขอนแก่น พบว่า พื้นที่แห่งนี้เป็นพื้นที่ป่ารักน้ำ เป็นแห่งแรกของประเทศไทย อันเป็นโครงการพระราชดำริของสมเด็จพระนางเจ้าฯพระบรม ราชินีนาถ เมื่อวันที่ 20 ธันวาคม 2525 ต่อมาเมื่อปี พ.ศ. 2537 นายผ่อง เล่งอี้ อธิบดีกรมป่าไม้ ได้มาตรวจราชการและเห็นความสำคัญของพื้นที่ดังกล่าว จึงมีบัญชาให้สำรวจเป็นอุทยานแห่งชาติ โดยใช้ชื่อว่า อุทยานแห่งชาติภูผาเหล็ก-ภูผาหัก ต่อมาในปีพ.ศ. 2539 ได้อนุมัติให้ตัดคำว่า ภูผาหัก ออกใช้ชื่อว่า “อุทยานแห่งชาติภูผาเหล็ก” เป็นต้นมา

จากการสำรวจพื้นที่ป่าอนุรักษ์เพื่อจัดตั้งเป็นเขตอุทยานแห่งชาติภูผาเหล็ก ได้พื้นที่ รวมประมาณ 419 ตารางกิโลเมตร หรือ 261,875 ไร่ มีรายละเอียดดังนี้

จังหวัดสกลนคร ได้ดำเนินการสำรวจพื้นที่ป่าอนุรักษ์บางส่วนของป่าสงวนแห่งชาติ ป่าดงพันนา ป่าดงพระเจ้า ท้องที่ตำบลท่าศิลา ตำบลปทุมวาปี ตำบลส่องดาว อำเภอส่องดาว พื้นที่ 37,250 ไร่ ผนวกป่าสงวนแห่งชาติป่าภูวง ท้องที่ตำบลคำบ่อ ตำบลวาริชภูมิ ตำบลค้อเขียว อำเภอวาริภูมิ พื้นที่ 67,600 ไร่ ผนวกป่าสงวนแห่งชาติ ป่ากุดไห ป่านาไน ป่าโนนอุดม ท้องที่ตำบลนิคมน้ำอูน ตำบลสุวรรณคาม อำเภอนิคมน้ำอูน และตำบลกุดไห อำเภอกุดบาก พื้นที่ 22,575 ไร่ ผนวก ป่าสงวนแห่งชาติป่าแก่งแคน ท้องที่ตำบลกุดบาก อำเภอกุดบากพื้นที่ 32,325 ไร่ พื้นที่รวมทั้งสิ้น 159,750 ไร่ หรือประมาณ 255.6 ตารางกิโลเมตร

จังหวัดอุดรธานี ได้ดำเนินการสำรวจพื้นที่ป่าอนุรักษ์บางส่วนของป่าสงวนแห่งชาติ ป่าบะยาว ป่าหัวนาคำ ป่านายูง ป่าหนองกุงทับม้า ป่าหนองหญ้าไซ ท้องที่ตำบลผาสุข อำเภอวังสามหมอ จังหวัดอุดรธานี พื้นที่รวม 10,315 ไร่ (16.5 ตารางกิโลเมตร)

จังหวัดกาฬสินธุ์ ได้ดำเนินการสำรวจพื้นที่ป่าอนุรักษ์บางส่วนของป่าสงวนแห่งชาติ ป่าภูพาน ท้องที่ตำบลนาทัน ตำบลดิบจี่ อำเภอคำม่วง พื้นที่ 86,185 ไร่ ผนวกป่าสงวนแห่งชาติป่าแก้งกะอาม ท้องที่ตำบลนาบอน ตำบลแซงบาดาล อำเภอสมเด็จ พื้นที่ 5,625 ไร่ พื้นที่รวมทั้งสิ้น 91,810 ไร่ (146.9 ตารางกิโลเมตร)

ลักษณะภูมิประเทศ
อุทยานแห่งชาติภูผาเหล็กตั้งอยู่บริเวณเส้นรุ้ง 17o 15' – 16o 49' เหนือ และเส้นแวง 103o 15' – 103o 50' ตะวันออก เป็นส่วนหนึ่งของเทือกเขาภูพานที่ทอดยาวในแนวทิศตะวันออก-ตะวันตก มีความยาวประมาณ 54 กิโลเมตร พื้นที่ส่วนใหญ่มีความสูงจากระดับน้ำทะเล 200-600 เมตร ภูเขาที่สูงที่สุดในพื้นที่คือ ภูอ่างสอ ที่ระดับความสูง 695 เมตร พื้นที่ป่าในเขตอุทยานแห่งชาติภูผาเหล็กเป็นแหล่งกำเนิดลำห้วยน้อยใหญ่ที่สำคัญ ได้แก่ แม่น้ำสงคราม ลำน้ำยาม ลำน้ำอูม ลักษณะดินโดยทั่วไปเป็นดินร่วนปนทรายตามป่าดิบแล้งและป่าเบญจพรรณและดินลูกรังตามป่าเต็งรัง หินที่พบในพื้นที่ส่วนใหญ่เป็นหินทราย

ลักษณะภูมิอากาศ
บริเวณอุทยานฯมีภูมิอากาศแบบมรสุม ฤดูร้อนระหว่างเดือนมีนาคม-พฤษภาคม อากาศร้อนมาก อุณหภูมิประมาณ 40o C มักมีไฟป่าเกิดขึ้นทั่วพื้นที่ ฤดูฝนระหว่างเดือนมิถุนายน-ตุลาคม และฤดูหนาวระหว่างเดือนพฤศจิกายน-กุมภาพันธ์ อากาศหนาวเย็น อุณหภูมิประมาณ 15-20 o C ประมาณน้ำฝนตลอดปีประมาณ 1,000-1,300 มิลลิเมตร

พืชพรรณและสัตว์ป่า
สังคมพืชในเขตอุทยานแห่งชาติภูผาเหล็กเป็นป่าที่มีสภาพอุดมสมบูรณ์ ประกอบด้วย ป่าเต็งรัง พบบนพื้นที่ราบเชิงเขาและบนที่ลาดชันจนถึงระดับความสูงประมาณ 500 เมตรจากระดับน้ำทะเล พันธุ์ไม้ที่พบได้แก่ เต็ง รัง เหียง พลวง ประดู่ป่า ตะแบกเลือด รกฟ้า มะค่าแต้ ติ้ว ยอป่า ฯลฯ พืชพื้นล่างประกอบด้วยหญ้าเพ็กแทรกด้วยไม้พุ่มและพืชล้มลุก ป่าเบญจพรรณ ครอบคลุมพื้นที่มากที่สุดในอุทยานแห่งชาติ พบตั้งแต่บนพื้นที่ราบเชิงเขาและที่ลาดชันตามไหล่เขาจนถึงระดับความสูง 600 เมตรจากระดับน้ำทะเล พันธุ์ไม้ที่พบได้แก่ ชิงชัน แดง ประดู่ กระบก มะกอก งิ้วป่า มะค่าโมง กระโดน โมกมัน มะขามป้อม ฯลฯ พืชพื้นล่างประกอบด้วยไผ่รวก ไผไร่ ไผ่ซางหม่น หนามคณฑา สังกรณี ผักหวานป่า เป็นต้น และ ป่าดิบแล้ง พบตามฝั่งลำธารของหุบเขาที่มีความชุ่มชื้น พันธุ์ไม้ที่พบได้แก่ ยางแดง หว้า มะม่วงป่า สัตตบรรณ ตาเสือ มะไฟ ก้านเหลือง ฯลฯ พืชพื้นล่างเป็นพวกหวาย ปาล์ม และสมุนไพรต่างๆ ตามบริเวณลานหินทางขึ้นภูผาเหล็กความสูงประมาณ 400-550 เมตรจากระดับน้ำทะเล จะมีสภาพเป็นป่าโปร่ง ไม้ยืนต้นที่ขึ้นจะแคระแกร็น ส่วนใหญ่มีใบหนา ที่พบทั่วไปได้แก่ สารภีดอย ทะโล้ สะเม็ก ก่อ ไม้พุ่มเช่น ส้มแปะ เม้าแดง ตามลานหินมีพืชพวกจำพวกไลเคน ฟองหิน เอื้องคำหิน ม้าวิ่ง เขากวาง ดาวเรืองภู ต่างหูขาว เนียมดอกธูป หญ้าหัวเสือ หางเสือลาย แววมยุรา หญ้าข้าวก่ำ กระดุมเงิน ส่าหร่ายข้าวเหนียว และดุสิตา

สัตว์ป่าที่พบเห็น ได้แก่ เก้ง ลิงกัง กระต่ายป่า กระแต หนูหริ่ง ตุ่น เม่น พังพอน อีเห็น เหยี่ยวรุ้ง นกเขาเปล้า นกกระปูด นกตะขาบทุ่ง นกโพระดก นกขมิ้น นกปรอดก้นแดง นกแซงแซวสีเทา นกจาบดินอกลาย ตุ๊กแก จิ้งจกป่าสีจาง เต่าเหลือง งูทางมะพร้าว งูเห่า งูจงอาง งูเขียวหางไหม้ อึ่งอี๊ดหนังลาย อึ่งอี๊ดเทาจุดดำ เขียดท้ายทอยดำ เขียดหนอง คางคก กบหมื่น และปาดนิ้วแยกลาย เป็นต้น