大峽谷全長約330公里，寬度從6公里到數十公里不等，最深處可達1824米，將近2公里，谷地河面海拔不到1000米，而谷岸最高海拔可達3000多米。億萬年來，奔騰的科羅拉多河從KAIBAB高原中切割出這令人震撼的奇跡。無論在南岸還是北岸，居高遠望，都可以清楚看到坦如桌面的高原上的一道大裂痕，那便是科羅拉多河刻在這片洪荒大地上的印跡。
它并不是世界上最深的峽谷，但以其規模巨大的豐富多彩而著稱。它令世人注目也是它被列為世界自然遺產名錄的最重要原因，還在于其地質學意義：保存完好并充分暴露的巖層，記錄了北美大陸早期幾乎全部地質歷史。這里記錄了550－250萬年前古生代的巖石，在那之后的要么沒有沉積，要么就已經風化了。
峽谷的形成比其巖石則晚得多（約5－6萬上前）且復雜得多，主要是科河的侵蝕，降雨和冰雪融化等的流蝕作用也幾乎同樣重要。奇特的造型主要是由于流蝕對質地不同的巖石作用的快慢不同，峽谷豐富的色彩則是由所含的少量的各種礦物造成的，富含鐵的巖石呈紅或紅褐色。
直至美國內戰時期，大峽谷還鮮為人知。1869年，內戰老兵，熱愛科學和探險的John Wesley Powell進行第一次漂流。1880年起大峽谷地區開始發展畜牧業，到1890年，當時這里尚是高山草原，有10萬頭牛，25萬頭羊在這里放牧。但到1906年成立大峽谷自然保護區時，大多數牧場主被迫改行，因為過度放牧，使生態環境本來就脆弱的半干旱草原變成了灌叢和荒漠，畜牧業難以為繼，旅游業漸占主導地位。至1901年，鐵路修到南岸，更使之迅速發展。1919年成為國家公園（美國國家公園管理局于1916年成立）。
1935年建成的胡佛高壩形成的水庫，稱米德湖（MEAD），在大峽谷西端。1963年建成的GLEN CANYON大壩形成POWELL湖，成為大峽谷東邊新的一處景點。這一東一西兩大壩之間，囊括大峽谷最精彩的主體。鮑威爾（POWELL）湖是為紀念那位第一個漂流此河并建議開發水利的先驅而命名的。它的面積是米德湖的兩倍多，有各種紅色砂巖、石拱、峽谷和萬面碧波，其風景遠勝米德湖，已成為美國西南部的主要國家渡假區。
