Большой каньон — огромный овраг длиной 350 километров, прорытый рекой Колорадо в слоистых осадочных породах одноимённого плато. Ширина его в верхней части — 8–30 километров, у уреза воды в реке — менее 1 километра (на отдельных участках — до 120 м). Глубина местами до 1800 метров. Отвесные, местами сильно расчленённые склоны изобилуют причудливыми выступами, имеющими формы бастионов, колонн и пирамид. Река прорезает горизонтально залегающие пласты пород: от архейских кристаллических до верхнепалеозойских осадочных — известняков, песчаников, сланцев и др., имеющих различную окраску. Каньон образовался в кайнозое в результате речной эрозии, усилившейся постепенным поднятием плато. Река Колорадо в Каньоне имеет падение в среднем 1,5 м на 1 км и течёт со скоростью до 25 км/ч.
В половодье река может за сутки перенести около двух миллионов тонн ила — он и окрашивает её воды, и к этому огромному количеству абразивного материала надо ещё добавить 20 процентов гальки и гравия. Поэтому неудивительно, что за миллионы лет река совсем снесла на своём пути 12 самых верхних из 25 слоёв песчаника, известняка, сланцев и других осадочных пород, а остальные слои глубоко прорезала. 225–280 миллионов лет назад на этом месте был океан, но за прошедшие геологические эпохи он неоднократно сменялся пустыней. Слои разноцветных океанских и принесённых ветром осадков местами прорезаны лавовыми потоками древних вулканов. На этой толще каменных страниц можно прочитать всю геологическую историю континента, сделать выводы об изменениях климата.
Поверхность плато, некогда дно древнего океана, была самым верхним из многих слоёв песчаника, сланца и известняка, сложившихся в палеозойскую эру, 600–250 миллионов лет назад. Эти породы откладывались поверх ещё более древних кристаллических сланцев, образовавшихся в докембрии, 2 миллиарда лет назад.
По разным оценкам, на прокладку этого гигантского ущелья реке понадобилось от 1,7 до 9 миллионов лет. Если взять средние цифры, получается, что ежегодно Колорадо уносила в океан 2,5 миллиарда кубометров пород, а скорость эрозии составляла метр в глубину за тысячу лет.
Люди в Большом Каньоне поселились не менее чем 4000 лет назад. В 1930 году здесь были обнаружены наскальные изображения (петроглифы) древнейших обитателей; сюжетами служили в основном животные. Ранее 500 года до н. э. в Каньоне жили небольшими группами полукочевые индейцы одной из пустынных культур, характерной изготовлением корзин. Их жилища были вырезаны в скале или сделаны из глины. Затем территорию заняли индейцы, принадлежавшие к археологической культуре Анасази. Они охотились на оленей и пум, в боковых ответвлениях каньона выращивали кукурузу, тыквы и бобы. А в конце X — начале XI века н. э. здесь жили индейцы пуэбло, строившие каменные дома. Через полтора столетия их сменили предки нынешних местных племён.
Около 1540 года сюда явились в поисках золота испанские конкистадоры под предводительством Франциско де Коронадо, но, постояв на краю, обошли негостеприимное ущелье стороной. Видимо, они и дали название этому уникальному геологическому образованию (каньон — в переводе с испанского «печная труба»). В 1776 году испанский миссионер патер Гарсес проник в каньон, чтобы обратить в христианство индейцев племени хавасупаи. Принимать христианство они не стали, зато патер Гарсес оставил здесь свой след: он дал реке название Колорадо, что по-испански — «окрашенная» или «цветная».
В 1848 году, после успешной войны с Мексикой, американское правительство объявило эти земли своими. Лейтенант Айвс, командовавший группой военных топографов, которая изучала этот район в 1858 году, писал в своём докладе: «Мы были первой и, скорее всего, последней группой белых людей, которые когда-либо побывали в этой совершенно бесполезной голой местности. Видимо, природой суждено, чтобы река Колорадо на большей части своего одинокого и гордого пути текла в никем не нарушаемом покое».
Первым человеком, пересёкшим Большой Каньон по реке Колорадо, и при этом оставшимся в живых, был Джон Весли Пауэлл. Произошло это знаменательное событие в 1869 году. Пауэлл первым изучил и описал остатки индейских цивилизаций Каньона. После этой экспедиции, состоявшейся в 1869 году, вырос интерес американцев к уникальному памятнику природы и истории. Однако это внимание обернулось драмой для местных племён. После того как в 1870-х годах здесь были найдены залежи свинца, цинка, асбеста и меди, индейцев насильно переселили в резервации.
Позднее, несмотря на экономическую выгоду разработки ископаемых Каньона, предпочтение было всё же отдано развитию туризма. Первые туристские группы посетили долину уже в 1883 году; к началу XX века сюда провели железную дорогу. В 1919 году сенатор Харрисон представил проект создания Национального парка Большой Каньон; тогдашний президент США Вильсон поддержал это предложение. С тех пор статус Каньона неизменен. Его площадь почти 500 тысяч га.