Na północy stanu rozciągają się szczyty Bighorn Mountains, natomiast na północnym wschodzie Black Hills. W południowej części krajobraz urozmaicają góry Laramie, Medicine Bow i Sierra Madre.
Pasmo Medicine Bow, znajdujące się w południowej części stanu, stanowi geologicznie przedłużenie Gór Skalistych, znajdujących się w Kolorado. Wind River Range, położone na zachodzie stanu, jest niewielkie, lecz zawiera ponad czterdzieści szczytów, których wysokość przekracza 4000 m n.p.m. (m.in. Gannett Peak – najwyższy szczyt stanu). Bighorn Mountains, położone w północnej części stanu, jest niejako odizolowane od pozostałej części Gór Skalistych.
Góry Teton, leżące na północnym zachodzie, ciągną się na długości 80 km, a ich część jest chroniona jako Park Narodowy Grand Teton. W parku znajduje się drugi pod względem wysokości szczyt stanu – Grand Teton (4199 m n.p.m.).
Przez środkową część Wyoming przechodzi granica zlewisk Pacyfiku i Oceanu Atlantyckiego. Rzeki na wschód od granicy należą do systemu rzecznego Missouri. Największe z nich to Platte Północna, Wind, Bighorn i Yellowstone. Rzeka Snake, wypływająca z północno-zachodniej części stanu, jest dopływem rzeki Kolumbia. Rzeka Green stanowi natomiast dopływ Kolorado.