Wyoming északi szomszédja Montana, keleti szomszédai Dél-Dakota és Nebraska, déli szomszédja Colorado, délnyugati szomszédja Utah, a nyugati pedig Idaho. Wyomingban 23 megye található, ezek alapterülete 253 348 km². Wyoming ezzel az USA tizedik legnagyobb állama. A nagyjából négyszög alakú állam észak-déli irányban 444 km, kelet-nyugati irányban 603 km széles.

A Great Plains-síkság Wyomingban ér véget, ahol a Sziklás-hegységgel találkozik. Az állam tulajdonképpen egy nagy fennsíkon található, amelyet több hegylánc szel át. Ezek északnyugaton az Absaroka-, az Owl Creek-, a Gros Ventre-, a Wind River- és a Teton-hegyláncok; északon a Big Horn-hegység; északkeleten a Black Hills; délen pedig a Laramie, Snowy és Sierra Madre.

Wyomingban kevés csapadék, éves szinten alig 250 mm esik, ezért a mezőgazdasági termesztés lehetőségei korlátozottak. A mezőgazdaság főleg nagyméretű ranch-eken folytatott marhatenyésztésből áll.

Az állam déli részén található Snowy-hegylánc megjelenésében és geológiájában is a coloradói Sziklás-hegységhez tartozik. Az állam közepén található Wind River-hegylánc nem csatlakozik a Sziklás-hegység többi részéhez, ám itt található az állam legmagasabb pontja, a 4210 méter magas Gannett Peak. Az állam északi részén a Big Horn-hegység nagyrészt szintén nincs kapcsolatban a Sziklás-hegységgel.

Az északnyugati 80 km hosszú Teton-hegylánc az állam leglátványosabb hegyi területe. Itt található a 4197 méter magas Grand Teton, az állam második legmagasabb hegycsúcsa, valamint a Grand Teton Nemzeti Park, a Teton-hegylánc legmutatósabb természeti értékeit megőrző természetvédelmi terület.

Wyomingot több folyó is átszeli, így a Yellowstone, a Powder River, a Green River és a Snake River.

Az állam déli részén válik ketté a kontinentális vízválasztó. A Nagy-vízválasztó-medence néven is ismert területre hulló csapadék az egyik óceánba se folyik le. Ehelyett, a wyomingi általános szárazság miatt a csapadék a talajba szivárog vagy elpárolog. A vízválasztótól keletre hulló csapadék a Missouri-folyó vízgyűjtőjébe, onnan pedig az Atlanti-óceánba jut. Ilyen folyó a Yellowstone, a Platte, a Wind és a Big Horn. Az északnyugati Snake River a Columbia-folyón át a Csendes-óceánba ömlik. A Green River a Colorado folyó vízgyűjtőjén keresztül is ez utóbbi óceánba jut.

Wyoming klímája általában félszáraz kontinentális, az Egyesült Államok többi területéhez képest kevesebb csapadékkal, több széllel és szélsőséges hőmérsékletekkel – nagyrészt az állam domborzatának köszönhetően. A wyomingi nyár meleg, 29–35 °C közötti hőmérsékletekkel. A nagyobb magasságokban azonban lényegesen hidegebb van – az állam 2700 méteres átlagmagasságánál a nyári hőmérsékletátlag már csak 21 °C. A nyári éjszakák alatt a levegő gyorsan lehűl, és még a nappal legforróbb helyeken is 10–14 °C közötti az éjszakai hőmérséklet.

Wyoming mai területén eredetileg számos indián törzs élt: crow, arapaho, lakota és shoshone. Az állam nevét a delaware „nagy folyó síkság” kifejezésből alkották, eredetileg a pennsylvaniai Wyoming-folyóval kapcsolatban. Az őslakosok közül kevesen találkoztak fehér emberrel, amikor az első felfedezők arra vetődtek. Bár francia trapperek az 1700-as évek vége felé már talán vadásztak a mai Wyoming északi területein, a Lewis és Clark expedíció tagjaként John Colter volt nagy valószínűséggel az első fehér amerikai 1807-ben, aki arra járt. Colter első Yellowstone beszámolóit teljesen kitaláltnak vélték. Később, 1812-ben Robert Stuart és öt másik nyugatról visszatérő utazó felfedezte a South Pass hágót. 1850-ben Jim Bridger felfedezte a ma már Brider-hágónak nevezett hágót, amelyen 1868-ban a Union Pacific Railroad vasutat, majd a 20. században a szövetségi kormány autópályát épített. Bridger, akárcsak Colter, bejárta a Yellowstone-t, és az arról készült útleírásait szintén kitaláltnak vélték.

A Union Pacific vasútja 1867-ben elérte Cheyenne városát, a későbbi fővárost, amely ezután fejlődésnek indult. 1868. július 25-én megalakult a független Wyomingi Terület. A délre fekvő Coloradóval ellentétben Wyomingban nem volt aranyláz, és a népesség sem növekedett olyan nagy mértékben, mint a déli szomszédban. Az állam egyes részein rezet találtak.

Amikor Yellowstone-ba jutottak az első állami szervezésű expedíciók, akkor kiderült, hogy Colter és Bridger korábbi beszámolói igazak voltak. 1872-ben megalapították a Yellowstone Nemzeti Parkot, a világ első nemzeti parkját. A nemzeti park területének nagy része Wyoming északnyugati területén található.

Wyomingot 1890. július 10-én vették fel az Egyesült Államokba. Nevét Thomas Campbell 1809-es versében, a Gertrude of Wyoming-ban található, pennsylvaniai Wyoming-folyóvölgyről kapta. A nevet J. M. Ashley ohioi kongresszusi képviselő ajánlotta.

1869-ben Wyoming szavazati jogot adott a nőknek, egyes vélemények szerint részben azért, hogy így biztosíthassa az Unióba való felvételről szóló népszavazás sikerét. Wyoming nemcsak a női szavazati jogban volt az első állam, hanem általában a nők politikai szerepvállalásában. Az első nőt tartalmazó esküdtszék 1870-ben Laramie-ben ült össze. Mary Atkinson volt az első női törvényszolga (Laramie, 1870), és Esther Hobart Morris az első női békebíró (South Pass City, 1870). 1924-ben Wyoming választotta az első női kormányzót Amerikában, Nellie Tayloe Rosst.

Wyoming adott helyszínt a Johnson megyei háborúként illetve wyomingi polgárháborúként is elhíresült összetűzésnek. 1892-ben új és régi ranchtulajdonosok, valamint felbérelt zsoldosok, seriffek és végül a katonai lovasság csapott össze a földterületek feletti tulajdonjogokon.