อุทยานแห่งชาติภูเก้า-ภูพานคำ มีที่ทำการอุทยานฯ อยู่ที่ริมทะเลสาบเหนือเขื่อนอุบลรัตน์ เชิงเขาภูพานคำ เขตอำเภอโนนสัง เป็นพื้นที่ในบริเวณที่ราบสูงภาคตะวันออกเฉียงเหนือตอนบน ตั้งอยู่ในบริเวณตอนล่างของจังหวัดอุดรธานี และตอนบนของจังหวัดขอนแก่น สภาพธรณี เป็นภูเขาหินทรายซึ่งมีชั้นของของหินทรายอยู่ด้านบนระดับผิวดิน โดยมีชั้นของหินดินดาน หรือหินดินดานปนทรายเป็นฐานด้านล่าง มีดินประเภทดินลูกรังและดินร่วนปนทราย กระจัดกระจายอยู่ทั่วไป ประกอบไปด้วยพันธุ์ไม้ สัตว์ป่า ทิวทัศน์ที่สวยงามตามธรรมชาติ และสภาพป่าโดยทั่วไปเป็นป่าเต็งรัง มีเนื้อที่ประมาณ 322 ตารางกิโลเมตร หรือ 201,250 ไร่