大峡谷并非一个观景点，而是亚利桑那州北部一片广阔的地貌，由科罗拉多河切割形成，并受到国家公园及邻近部落土地的保护。峡谷全长约446公里，最宽处约29公里，部分地段深逾1.6公里。这些数字说明的是它的规模，而不是一次短暂停留能涵盖的内容：两侧边缘之间道路漫长，不同观景点面对不同峡段，从崖边眺望只是走近这片广阔天地的起点。
峡壁呈现出层层岩层，记录了近20亿年的区域地质历史。峡谷本身却比其中许多岩石年轻得多。美国国家公园管理局的地质学家指出，科罗拉多高原约在7000万至3000万年前隆起，随后科罗拉多河大约在500万至600万年前开始深切这一地区。支流、风化与侵蚀逐渐拓宽峡谷，今天仍在塑造地貌。科学家对河流更早期的部分历史仍有争论，因此大峡谷既是壮丽风景，也是持续研究的对象。