從地質(zhì)角度上來(lái)看，峽谷谷壁地層斷面層層疊疊，節理清晰。從谷底向上，沿崖壁的地質(zhì)記錄跨越了地球進(jìn)化發(fā)展從前寒武紀到新生代的全部四個(gè)歷史時(shí)期。前寒武紀和古生代的記錄部分被暴露在大峽谷的谷壁之上，其中包含了許多化石組。大量的洞穴為化石和動(dòng)物的殘骸提供了庇護，一直將這些古生物記錄保存到了更新世。這些不同層次的地貌反映了20億年來(lái)的地質(zhì)歷史，這里是研究地殼形成的活標本，是了解地質(zhì)知識乃至了解地球的生動(dòng)課堂。大峽谷國家公園充分利用此優(yōu)勢，在公園內介紹景點(diǎn)的解說(shuō)牌和旅游手冊中，著(zhù)重傳播科學(xué)知識，并畫(huà)出游人所站地點(diǎn)所看到的巖層的剖面圖，標出不同巖層的名稱(chēng)、特點(diǎn)和形成年代以及為什么會(huì )出現這些特定的形狀和顏色。

　　公園多樣的地形地貌還導致了同樣多樣的生態(tài)系統。峽谷內的5個(gè)生活區代表了一塊非常小的地理區域。大峽谷國家公園是正在縮減的生態(tài)系統中相對未被干擾的殘余部分（如寒帶森林和荒漠河岸社區），以及眾多的特有物種、稀有物種和瀕臨滅絕的動(dòng)植物的一個(gè)生態(tài)避難所。

　　這里還能發(fā)現史前人類(lèi)適應極端惡劣環(huán)境的足跡。有時(shí)，數千年前人類(lèi)居住過(guò)的證據會(huì )自行顯現?？脊艑W(xué)家在峽谷及其附近，找出了2700年前人的居住地點(diǎn)。普埃布洛村落、兩個(gè)大地穴（儀式廳）與有800年歷史的吐撒揚廢墟的花園，這些均提供了一些峽谷史前人類(lèi)普埃布洛人居住的線(xiàn)索。