Vatnsdalur er grösugur og búsældarlegur dalur sem gengur inn til suðurs milli Vatnsdalsfjalls, sem er 1018 m hátt, í austri og Víðidalsfjalls, sem er 993 m. Næsti dalur vestan við hann er Víðidalur, en til austurs er Sauðadalur næstur, svo Mjóidalur og að lokum Svínadalur.
Við mynni dalsins að vestan eru Vatnsdalshólar, sem sagðir eru óteljandi. Þeir eru flestir keilumyndaðir og eru taldir hafa orðið til við jarðskrið úr Vatnsdalsfjalli fyrir um 10.000 árum. Í Þrístöpum vestast í Vatnsdalshólum fór fram síðasta aftaka á Íslandi árið 1830, þegar Friðrik Sigurðsson og Agnes Magnúsdóttir voru hálshöggvin fyrir morð. Innan við hólana er stöðuvatnið Flóðið, sem varð til árið 1720, þegar skriða (Bjarnastaðaskriða) úr Vatnsdalsfjalli stíflaði Vatnsdalsá, sem rennur um dalinn, og eyddi bænum Bjarnastöðum. Áin sem nú rennur úr vatninu heitir Hnausakvísl. Vatnsdalsá er ein af betri laxveiðiám landsins og í henni er líka mikil silungsveiði.
Í landi Kornsár fyrir miðjum dal er alldjúp, sérkennileg smátjörn sem nefnist Kattarauga, á henni eru tvær fljótandi eyjar og er hún friðlýst náttúruvætti. Trjálundur er í Þórdísarlundi og við Ólafslund. Inn af dalnum er Grímstunguheiði, víðlent afréttarland sem áður tilheyrði stórbýlinu Grímstungu, þar sem áður var prestssetur og kirkjustaður. Vestan við hana er Haukagilsheiði, kennd við bæinn Haukagil í Vatnsdal.
Vatnsdalur er þéttbýl sveit og þar er stundaður landbúnaður og ferðaþjónusta. Kirkja er á Undirfelli og þar er einnig rétt sveitarinnar.
