科羅拉多河的長期沖刷，不捨晝夜地向前奔流，有時開山劈道，有時讓路迴流，在主流與支流的上游就已刻鑿出黑峽谷、峽谷地、格倫峽谷，布魯斯峽谷等19個峽谷，而最後流經亞利桑那州多巖的凱巴布高原時，更出現驚人之筆，形成了這個大峽谷奇觀，而成為這條水系所有峽谷中的“峽谷之王”。

大峽谷以小科羅拉多河為起點，是全長2190千米的科羅拉多河強烈的侵蝕切割形成的19個主要峽谷中最長最寬最深的一個，也是最著名的一個。

科羅拉多高原的“桌狀高地”，即頂部平坦側面陡峭的山。這種地形是由於侵蝕作用（下切和剝離）形成的。在侵蝕期間，高原中比較堅硬的岩層構成河谷之間地區的突起，而河谷裡侵蝕作用活躍。這種結果就造成了平臺型大山或堡壘狀小山。

科羅拉多高原是北美古陸臺伸入科迪勒拉區的穩定地塊，由於相對穩定，地表起伏變化極小，而且在前寒武紀結晶岩的基底上覆蓋了厚厚的各地質時期的沉積，其水平層次清晰，岩層色調各異，並含有各地質時期代表性的生物化石。巖性、顏色不同的岩石層，被外力作用雕琢成千姿百態的奇峰異石和峭壁石柱。伴隨著天氣變化，水光山色變幻多端，天然奇景蔚為壯觀。

峽谷兩壁及谷底氣候、景觀有很大不同，南壁乾暖，植物稀少；北壁高於南壁，氣候寒溼，林木蒼翠；谷底則乾熱，呈一派荒漠景觀。蜿蜒於谷底的科羅拉多河曲折幽深，整個大峽谷地段的河床比降為每千米150釐米，是密西西比河的25倍。其中50%的比降還很集中，這就造成了峽谷中部分地段河水激流奔騰的景觀。因為如此，沿峽谷航行漂流成為引人入勝的探險行動。