เริ่มจากกำนันผู้ใหญ่บ้านและประชาชนในท้องที่ ตำบลนครชุม ตำบลน้ำกุ่ม อำเภอชาติตระการ และอำเภอนครไทย จังหวัดพิษณุโลก ได้เสนอผ่านสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดพิษณุโลก (นายประเทือง วิจารณ์ปรีชา) ขอให้กรมป่าไม้เข้าจัดการพื้นที่เขาย่าปุกให้เป็นวนอุทยานเพื่อสงวนทรัพยากรป่าไม้ และป่าต้นน้ำลำธารของลำแควน้อย
ในปี พ.ศ.2523 ได้เริ่มการสำรวจและจัดตั้งเป็นวนอุทยานน้ำตกชาติตระการ ต่อมาในเดือนมีนาคม พ.ศ.2525 จึงได้เปลี่ยนมาเป็นอุทยานน้ำตกชาติตระการ หลังจากได้มีการสำรวจเพิ่มเติมและรับการประกาศจัดตั้งเป็นอุทยานแห่งชาติ เมื่อวันที่ 2 พฤศจิกายน 2530 เป็นอุทยานแห่งชาติลำดับที่ 55 ของไทย
สภาพภูมิประเทศโดยทั่วไปเป็นเทือกเขาและภูเขาสูงสลับซับซ้อน เป็นแหล่งต้นน้ำลำธารของแม่น้ำหลายสาย ภูเขาส่วนใหญ่เป็นภูเขาหินทรายโดยเฉพาะหน้าผาบริเวณน้ำตก เพราะเกิดจากการเรียงตัวของชั้นหินทรายที่ทับถมกันมาเป็นเวลานาน
เป็นน้ำตกผาหินทรายสวยงามแตกต่างไปแต่ละชั้น
อุทยานแห่งชาติน้ำตกชาติตระการ