Petrified Forest NP ligt in het noordoosten van de staat Arizona. Het maak deel uit van de Painted Desert. Dit is een uitgestrekt woestijngebied dat bestaat uit lagen zandsteen die bekend staan onder de naam Chinle Formation. Door erosie zijn verschillende lagen zichtbaar geworden met elk een eigen kenmerkende kleurencombinatie.
Painted Desert ligt in het noordelijk gedeelte van het park.