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科罗拉多河的长期冲刷，不舍昼夜地向前奔流，有时开山劈道，有时让路回流，在主流与支流的上游就已刻凿出黑峡谷、峡谷地、格伦峡谷，布鲁斯峡谷等19个峡谷，而最后流经亚利桑那州多岩的凯巴布高原时，更出现惊人之笔，形成了这个大峡谷奇观，而成为这条水系所有峡谷中的“峡谷之王”。
大峡谷以小科罗拉多河为起点，是全长2190千米的科罗拉多河强烈的侵蚀切割形成的19个主要峡谷中最长最宽最深的一个，也是最著名的一个。
科罗拉多高原的“桌状高地”，即顶部平坦侧面陡峭的山。这种地形是由于侵蚀作用（下切和剥离）形成的。在侵蚀期间，高原中比较坚硬的岩层构成河谷之间地区的突起，而河谷里侵蚀作用活跃。这种结果就造成了平台型大山或堡垒状小山。
科罗拉多高原是北美古陆台伸入科迪勒拉区的稳定地块，由于相对稳定，地表起伏变化极小，而且在前寒武纪结晶岩的基底上覆盖了厚厚的各地质时期的沉积，其水平层次清晰，岩层色调各异，并含有各地质时期代表性的生物化石。
岩性、颜色不同的岩石层，被外力作用雕琢成千姿百态的奇峰异石和峭壁石柱。伴随着天气变化，水光山色变幻多端，天然奇景蔚为壮观。
峡谷两壁及谷底气候、景观有很大不同，南壁干暖，植物稀少；北壁高于南壁，气候寒湿，林木苍翠；谷底则干热，呈一派荒漠景观。
蜿蜒于谷底的科罗拉多河曲折幽深，整个大峡谷地段的河床比降为每千米150厘米，是密西西比河的25倍。
其中50%的比降还很集中，这就造成了峡谷中部分地段河水激流奔腾的景观。因为如此，沿峡谷航行漂流成为引人入胜的探险行动。