Большой Каньон — один из самых необычных геологических объектов нашей планеты, поэтому он очень хорошо исследован. В нем можно обнаружить 4 геологических эры Земли, разнообразие скал и пещер, содержащих богатый геологический, биологический и археологический материал. Каньон считается одним из лучших примеров эрозии почв. Изначально река Колорадо текла по равнине, но в результате движения земной коры около 65 миллионов лет назад плато Колорадо поднялось. В результате поднятия плато изменился угол наклона течения реки Колорадо, вследствие чего увеличилась её скорость и способность разрушать породу, лежащую на её пути. Прежде всего, река размыла верхние известняки, а потом принялась за более глубокие и древние песчаники и сланцы. Так и образовался Гранд-Каньон. Произошло это около 5—6 миллионов лет назад.
Каньон и сейчас растет из-за продолжающейся эрозии.
Огромное пространство ущелья не выглядит просто длинным узким провалом в земле. Оно заполнено беспорядочными скоплениями утесов-останцев, имеющих самую причудливую форму. Оползни, водная и ветровая эрозии создали в стенах каньона очертания гигантских пагод, пирамид, башен, крепостных стен, представляющих неповторимое по красоте и величию зрелище. Многие из них имеют собственные названия: Храм Вишну, Храм Шивы, Трон Вотана и т. д.
Весь этот разноликий каменный лабиринт, как и исполинские стены каньона, разлинован чередующимися желтыми, розовыми, красными, коричневыми и бурыми пластами осадочных пород, слагающих плато. Эти едва ли не самые полные в мире геологические обнажения представляют историю Земли за 1,5 млрд лет.
Интересна и живая природа каньона. На дне ущелья — типичный мексиканский ландшафт с разнообразными кактусами, агавами, юкками. По мере подъема начинают встречаться дубы, березы, ивы, еще выше простирается зона сосен и можжевельников. Богатая фауна включает около 100 видов птиц и 60 видов млекопитающих, среди которых несколько чрезвычайно редких видов.