شق نهر كولورادو الأخدود العظيم عبر صخور هضبة كولورادو خلال ملايين السنين، ويبلغ طول القطاع المحمي داخل المتنزه نحو ٤٤٦ كيلومترًا. بدأ الجزء الأكبر من تعميق الأخدود بشكله الحديث قبل نحو خمسة إلى ستة ملايين سنة، بينما تكشف جدرانه صخورًا أقدم بكثير تمتد إلى تاريخ جيولوجي سحيق.