อุทยานแห่งชาติถ้ำผาไท มีเนื้อที่ประมาณ 758,750 ไร่ ลักษณะเป็นภูเขาสลับซับซ้อนปกคลุมด้วยผืนป่าอุดมสมบูรณ์ในอำเภอต่าง ๆ ได้แก่ อำเภอเมือง งาว แม่เมาะ และแจ้ห่ม จุดสูงสุดอยู่ที่ยอดดอยแม่ขวัญ ซึ่งมีความสูงจากระดับน้ำทะเลปานกลางประมาณ 1,253 เมตร พื้นที่อุทยานฯ นี้ยังเป็นทางน้ำไหลลง ทางด้านตะวันตกสู่แม่น้ำวัง ทางด้านตะวันออกไหลลงสู่แม่น้ำงาว ซึ่งไหลไปสมทบแม่น้ำยมทางตอนเหนือของอำเภอสอง จังหวัดแพร่