Národní park Zkamenělý les je jednou z největších a nejbarevnějších koncentrací zkamenělého dřeva na světě, většinou druhu Araucarioxylon arizonicum.
Národní park Petrified Forest se rozkládá na hranici mezi Apache County a Navajo County v severovýchodní Arizoně. Park je dlouhý asi 30 mil (48 km) od severu k jihu a jeho šířka se pohybuje od maximálně asi 12 mil (19 km) na severu až minimálně asi 1 míle (1,6 km) po úzké chodbě mezi severem a jihem, kde se park opět rozšiřuje na asi 4 až 5 mil (6 až 8 km).
I-40, bývalá americká Route 66, železnice BNSF a řeka Puerco protínají park obecně od východu na západ po podobné trase. Adamana, město duchů, je asi 1 míli (1,6 km) západně od parku podél tratí BNSF. Holbrook, asi 26 mil (42 km) západně od sídla parku podél I-40, je nejbližší město. Středem parku od severu na jih je Park Road, která vede mezi I-40 poblíž sídla parku na severu a U.S. Route 180 na jihu. Historická Highway 180, dřívější zarovnání moderní trasy, protíná jižní okraj parku. Stejně jako Route 66 se zhoršila a je uzavřena. Mnoho nezpevněných cest údržby, uzavřených pro veřejnost, protíná Park Road na různých místech.
Park má rozlohu asi 146 čtverečních mil (380 km2). Na severu a severovýchodě hraničí s parkem národ Navahů. K ostatním hranicím přiléhají státní pozemky, federální pozemky kontrolované úřadem pro správu půdy a soukromé pozemky, z nichž velká část se využívá pro chov dobytka. Nadmořská výška parku se pohybuje od nížiny 5 340 stop (1 630 m) podél řeky Puerco až po výšinu 6 230 stop (1 900 m) u Pilot Rock; průměrná nadmořská výška je asi 5 400 stop (1 600 m). Terén se pohybuje od mírných kopců a hlavních zkamenělých nalezišť dřeva na jihu až po erodované pustiny na severu. Většina přerušovaných toků parku – včetně Lithodendron Wash, Dead Wash, Ninemile Wash a Dry Wash – je do řeky Puerco prázdná. V jižní části parku se Cottonwood Wash a Jim Camp Wash vlévají do řeky Little Colorado.
Národní park Zkamenělý les je známý svými fosiliemi, zejména popadanými stromy, které žily v období pozdního triasu v druhohorách, asi před 225 miliony let. Během tohoto období se oblast, která je nyní parkem, nacházela poblíž rovníku na jihozápadním okraji superkontinentu Pangea a její klima bylo vlhké a subtropické. To, co se později stalo severovýchodní Arizonou, byla nízká planina lemovaná horami na jihu a jihovýchodě a mořem na západě. Potoky tekoucí přes planinu z vysočiny ukládaly anorganické sedimenty a organickou hmotu, včetně stromů a dalších rostlin a živočichů, kteří vstoupili nebo spadli do vody. Ačkoli většina organické hmoty se rychle rozkládá nebo je požírána jinými organismy, některé jsou pohřbeny tak rychle, že zůstávají neporušené a mohou zkamenět. V rámci parku jsou sedimenty obsahující fosilní kulatiny, podle kterých je park pojmenován, součástí souvrství Chinle.
Barevný Chinle, který se objevuje na povrchu v mnoha částech jihozápadu Spojených států a podle kterého dostala Painted Desert své jméno, je v parku silný až 800 stop (240 m). Skládá se z různých sedimentárních hornin včetně záhonů z měkkého, jemnozrnného bahna, siltstonu a jílu – z nichž velká část je bentonit – stejně jako tvrdší pískovec a konglomerát a vápenec. Chinle, vystavený větru a vodě, obvykle eroduje odlišně do pustin tvořených útesy, roklemi, stolovými horami, pahorky a zaoblenými kopci. Jeho bentonitová hlína, která se za mokra nafukuje a při sušení se scvrkává, způsobuje povrchový pohyb a praskání, které odrazuje od růstu rostlin. Nedostatek rostlinného pokryvu způsobuje, že Chinle je obzvláště náchylný k povětrnostním vlivům.
Asi před 60 miliony let začaly tektonické pohyby zemské kůry zvedat plošinu Colorado, jejíž součástí je Painted Desert. Nakonec se části plošiny vyšplhaly až do výšky 3000 m n. m. Toto deformování zemského povrchu vedlo k postupnému a pokračujícímu ničení plošiny erozí. V rámci parku dochází k nekonformitě (zlomu ve skalním rekordu) v délce asi 200 milionů let, kdy eroze odstranila všechny vrstvy hornin nad Chinle kromě těch geologicky nedávných. Formace Bidahochi, položená teprve před 8 až 4 miliony let, leží přímo na Chinle a kameny položené v juře, křídě a velké části třetihor chybí.
V období uložení Bidahochi pokrývala velká jezerní pánev velkou část severovýchodní Arizony. Starší (spodní) vrstvy formace se skládají z nánosů bahna, písku a jílu v podobě fluviálních a lacustrinů (spojených s jezerem). Mladší (horní) Bidahochi obsahuje popel a lávu ze sopek, které vybuchly v blízkosti a až v jihozápadní Nevadě. Ačkoli velká část Bidahochi od té doby erodovala, její malá část vystupuje v severní části parku – na Pilot Rock v části parku s divokou přírodou a podél okraje Painted Desert mezi body Pintado a Tawa. Vystavené erozi Bidahochi jsou vulkanické terénní útvary zvané maars (sopečné krátery s plochým dnem a zhruba kruhovým tvarem výbušného původu). Z rozhledny Pintado Point je vidět maarský průduch.
Během čtvrtohor (před 1,8 miliony let až do dneška) pokrývaly velkou část Chinle a Bidahochi nánosy písku a naplavenin. Starší duny dosahují stáří od 500 000 let ve vyšších nadmořských výškách v severní části parku až po asi 10 000 let v písčitých odvodňovacích oblastech, jako je Lithodendron Wash. V celém parku se nacházejí mladé duny staré asi 1000 let, které jsou stabilizovány travinami a další vegetací.
Během pozdního triasu byly vyvrácené stromy hromadící se v říčních kanálech v místě, kde vznikl park, pravidelně pohřbívány sedimentem obsahujícím sopečný popel. Podzemní voda rozpouštěla z popela oxid křemičitý (oxid křemičitý) a zanesla ho do klád, kde vytvořila krystaly křemene, které postupně nahradily organickou hmotu. Stopy oxidu železitého a dalších látek v kombinaci s křemičitým vytvářely ve zkamenělém dřevě různé barvy.
V Národním parku Zkamenělý les si většina klád v parku zachovala svou původní vnější podobu během petrifikace, ale ztratila svou vnitřní strukturu. Malý zlomek klád a většina zkamenělých zvířecích kostí v parku však má buňky a další prostory, které jsou plné minerálů, ale stále si zachovávají velkou část své původní organické struktury. U těchto permineralizovaných fosilií je možné studovat buněčné složení původních organismů pomocí mikroskopu. Další organická hmota – typicky listy, semena, šišky, pylová zrna, výtrusy, malé stonky a zbytky ryb, hmyzu a živočichů – byla v parku zachována jako kompresní fosilie, zploštělé vahou sedimentů nad nimi, až ve skále zůstal jen tenký film.
Většina zkamenělého dřeva v parku pochází ze stromů Araucarioxylon arizonicum, zatímco některé nalezené v severní části parku pocházejí ze stromů Woodworthia arizonica a Schilderia adamanica. Bylo identifikováno nejméně devět druhů zkamenělých stromů z parku; všechny jsou vyhynulé. Park má kromě stromů mnoho dalších druhů zkamenělin. Chinle, považovaný za jedno z nejbohatších nalezišť zkamenělin pozdního triasu na světě, obsahuje více než 200 fosilních rostlinných taxonů. Skupiny rostlin zastoupené v parku zahrnují lykopody, kapradiny, cykasy, jehličnany, ginky a také neklasifikované formy. Park také produkoval mnoho fosilních obratlovců – včetně obřích plazů podobných krokodýlům zvaných fytosauři, velkých obojživelníků podobných salamandrům zvaných Buettneria a raných dinosaurů – a bezobratlých, včetně sladkovodních šneků a škeblí.